數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420及其與MSP430的接口技術(shù)

1 概述
AD420是ADI公司生產(chǎn)的高精度、低功耗全數(shù)字電流環(huán)輸出轉(zhuǎn)換器。AD420的輸出信號可以是電流信號，也可以是電壓信號。其中電流信號的輸出范圍為4mA~20mA，0mA~20mA或0mA~24mA，具體可通過引腳RANGE SELECTl，RANGE SELECT2進行配置。當需要輸出電壓信號時，它也能從一個隔離引腳提供電壓輸出，這時需外接一個緩沖放大器，可輸出0V～5V，0V~10V，±5V或±10V電壓。
AD420具有靈活的串行數(shù)字接口(最大速率可達3.3 Mb/s)，使用方便、性價比高、抑制干擾能力強，非常適合用于高精度遠程控制系統(tǒng)。AD420與單片機的接口方式有2種：3線制和異步制。單片機系統(tǒng)通過AD420可實現(xiàn)連續(xù)的模擬量輸出。其主要特點如下：
寬泛的電源電壓范圍為12 V~32 V，輸出電壓范圍為0V~-2.5 V；
帶有3線模式的SPI或Microwire接口，可采集連續(xù)的模擬輸入信號，采用異步模式時僅需少量的信號線；
數(shù)據(jù)輸出引腳可將多個AD420器件連接成菊鏈型；
上電初始化時，其輸出最小值為0 mA，4 mA或O V；
具有異步清零引腳，可將輸出復位至最小值(0mA、4 mA或0V)；
BOOST引腳可連接一個外部晶體管來吸收回路電流，降低功耗；
只需外接少量的外部器件，就能達到較高的精度。
AD420采用24引腳SOIC和PDIP封裝，表1是其引腳功能說明。

2 工作原理
在AD420中，二階調(diào)節(jié)器用于保持最小死區(qū)。從調(diào)節(jié)器發(fā)出的單字節(jié)流控制開關(guān)電流源，兩個連續(xù)的電阻電容裝置進行過濾。電容為電流輸出額外增加的器件。輸出電流則簡單顯示為4 mA～20 mA，OmA～20mA或0mA～24mA。AD420采用BiCMOS工藝，能夠適合高性能的低電壓數(shù)字邏輯和高電壓模擬電路。
如果需要，AD420同樣能夠提供電壓輸出代替電流環(huán)輸出。增加了一個額外的電壓放大器使用戶得到OV~5 V，0V～10V，±5V或±10V的電壓。
AD420有一個環(huán)路故障檢測電路。當開環(huán)或者供電電壓不足使IOUT電壓超過限制電壓時會產(chǎn)生警報。故障檢測端為低電平觸發(fā)，所以可以用一個上拉電阻器同時連接至多個AD420的故障檢測端，上拉電阻器可以接至VLL端或外接5 V邏輯電壓。
IOUT電流由一個PMOS晶體管和內(nèi)置放大器控制。內(nèi)置電路提供故障輸出，避免使用窗口限制比較器，這就要求在故障檢測端輸出有效之前需要一個實際的誤差輸出。反之，當AD420輸出級的內(nèi)置放大值低于l V的驅(qū)動值時，信號就會產(chǎn)生。因此，故障輸出端在跳轉(zhuǎn)限制達到要求之前保持不變。由于比較在輸出放大反饋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進行，輸出精度通過開環(huán)增益保持穩(wěn)定，在故障檢測輸出變?yōu)橛行е皼]有輸出誤差。3個數(shù)字接口，包括數(shù)據(jù)輸入、CLOCK、LATCH。如果用戶想要使本質(zhì)安全應(yīng)用電路具有最少的流電隔離器數(shù)目，可將AD420配置在異步模式下工作，這種模式可將LATCH通過一個限流電阻連接到Vcc來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)的值通過O，1進行組合來構(gòu)造信息并觸發(fā)LATCH信號。
2.1 時序操作
如圖1所示，AD420采用∑-△架構(gòu)進行A/D轉(zhuǎn)換，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)固有的單調(diào)性以及高分辨率，因此特別適合工業(yè)控制環(huán)境的相對低帶寬需求。