高性能模數轉換器ADS1247使用心得分享 發布時間：2020-07-17 閱讀人數：
ADS1247是高性能24位模數轉換器的典型代表，在包括溫度變送器等產品在內的工業測溫產品中，使用及其廣泛，一下是作者結合實際開發實踐，分享自己所總結的有關ADS1247的使用心得。
ADS1247的時鐘
可適用內部時鐘或者外部時鐘。內部時鐘是由內部震蕩器產生的。如何激活內部時鐘呢？上電瞬間或者REET后，檢測到CLK引腳為低電平，并且始終為低電平，則激活內部振蕩器，使用內部2.048MHz的時鐘源。或許你會問，為什么需要時鐘源呢？因為內部有德爾塔西格瑪調制器，所以必須要有時鐘。內部時鐘源可以隨時通過在CLK上添加時鐘信號來關閉內部時鐘振蕩器，使用外部時鐘源。也就是說，內部時鐘源可以隨時切換為外部時鐘源。不過外部時鐘源則不能輕易的切換為內部時鐘源，除非斷電再上電，或者RESET復位ADS1247。
內部時鐘振蕩器的頻率是4.096MHz。REFP0 REFN0，在ADS1246芯片的情況下，能被作為輸入端，既可以作為數字輸入端，也可以作為外部基準的輸入端。
ADS1247的基準
在ADS1247和ADS1248的REFP0和REFN0，可以被配置為IO口。除此之外，ADS1247和ADS1248還有一對引腳，REFP1和REFN1，通過內部的模擬開關，來控制到底接入來自REF0的外部基準還是來自REF1的外部基準。VREFCOM必須接模擬地，，且與模擬地之間的電阻越小越好，如果電阻超過10歐姆，則可能導致VREF不穩定。
VREFOUT引腳上必須接電容。必須必須，切電容容量不低于1uF，最好10uF以上。電容容量越大，電壓基準越穩定，越干凈。容量過大，帶來問題是，上電開始的一段時間，VREFOUT引腳上的電壓需要較長的時間才能達到穩定的2.048V。這個時間大約是幾個ms以內。這期間如果啟動START轉換，則會有明顯的誤差出現。
ADS1247的內部2.048V電壓基準，上點之后，默認是關閉狀態，為了使用該電壓基準，通常在芯片上電后對MUX1寄存器進行設置，從而開啟電壓基準，此外，該電壓基準也是產生激勵電流的電流源基準的來源。
ADS1247等效輸入端噪聲水平受兩個因素的影響，其一為PGA增益的大小，通常，增益越大，噪聲水平就越低。另一個因素就是轉換速率，轉換速率越低，ADC的帶寬就相應的降低，帶寬降低后，ADC總的噪聲水平就會降低了。和噪聲水平緊密相關的一個參數，是有效位數，自詡研究ADS1247，發現，在數據轉換速率為5,10和20的時候，對工頻50HZ和60Hz有明顯的抑制能力，且轉換速率越低，一直能力就越強，轉換速率高于20HZ的時候，對工頻干擾的抑制能力逐漸降低。
ADS1247的輸入端多路復用器的結構
多路復用器又叫模擬開關，該模擬開關由以下幾個組成部分，1，實現將激發電流源切換到任意模擬輸入端；2，實現模擬輸入端正負切換；3，實現偏置電壓切換到任意模擬輸入端；4，實現將AVDD、AVSS、DVDD。GND、REFP0、REFN0、REFP1、REFN1、內部溫度傳感器電壓切換到輸入引腳上。四部分功能。
低噪聲PGA（可編程增益放大器）
PGA可設置為1 2 4 8 16 32 64 128
輸入信號的范圍，共模電壓的范圍 模擬輸入端阻抗
激勵電流源
ADS1247提供了兩路良好匹配的激勵電流源，這一對激勵電流源在熱電阻測量中非常有用。三線制熱電阻的產生的測量誤差，可通過該對電流源消除掉。激勵電流可編程為多個檔位，包括50uA，100uA，250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA。強調兩點：這兩路激勵電源源是匹配的，可以理解為是相等的；這兩路相等的電流源可編程為50uA、100uA、250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA中的任意值。這兩路激勵電力源可以連接至IEXC1和IEXC2引腳也可以連接至任意的模擬輸入端。注意事項：
激勵電流源啟用的時候，必須開啟內部的電壓基準，且電壓基準外必須要并聯10uF以上容量的陶瓷電容。這兩路電流源可以共同輸出至同一個引腳。
偏置電壓
在沒有偏置的熱電偶測量應用中，偏置電壓發生器變得非常實用。
1，偏置電壓發生器可以添加在任何模擬輸入端。
2，偏置電壓發生器的電壓是AVDD+AVSS之和的一半。
3，偏置電壓可同時加在多個模擬輸入端，不過此時這些模擬輸入端近似于短接狀態，需要特別注意從模擬輸入端流出的電流值。
5，偏置電壓的建立時間與模擬輸入端的電容大小有關，模擬輸入端電容容量越大，偏置電壓的建立時間就會越長。
筆者思考，偏置電壓的開啟，模擬輸入端是不是等效為一個偽差分出入結構呢？
傳感器斷線檢測功能
ADS1247提供了一個某些情況下可以檢測輸入端傳感器（熱電阻或者熱電偶）故障的功能。當輸入傳感器斷路時，該電流源將輸入正的電壓拉高到AVDD，同時將AIN-的電壓拉低至近似AGND，從而使得AD轉換器的讀數是一個滿度值，因此根據AD轉換器的讀數是否是滿度值，判斷輸入端傳感器是否有斷線的情況發生。特別注意的是：由于該電流源將影響精密測量，因此在對輸入端信號進行測量的過程中，始終不應該開啟該電流源，而是，當一次測量完成后，緊接著開啟該電流源，進行短線檢測操作。筆者思考，這個功能是不是很雞肋呢？應該說有一定的創新，有一定的功效，但是不一定是最好的實現輸入端斷線檢測的方法。
芯片功能模式
上電
DVDD上電的瞬間，數字電路復位，之后經過2的16次方個時鐘周期，上電才算完成。這期間，SPI電路無效。
RESET
RESET，單獨引腳控制完成，主要是寄存器的復位。RESET引腳一旦置低，復位立刻發生，ADS1247將立刻切換為使用內部4.096MHz時鐘源，直到RESET引腳恢復為高電平之后0.6ms（內部時鐘源為4.096MHz的時候），復位過程才真正完成，之后SPI電路才有效，SPI通信才能正確進行。此外，通過SPI通信，可以向ADS1247發送一個RESET命令，用RESET命令進行復位與采用RESET引腳進行復位，功能上完全相同。
ADS1247的Power-Down 低功耗模式
該模式的作用，降低功率消耗，一旦START引腳為低電平，ADS1247就今日了Power-Down模式；另外通過SPI通信發送SLEEP命令，ADS1247接收到SLEEP命令后也能今進入Power-Down 模式。在Power-Down模式，內部電壓基準的狀態由MUX1寄存器中的VREFCON寄存器位決定。
ADS1247轉換原理
START引腳從低變為高，將啟動模數轉換。直到START引腳變為低電平位置。如果START引腳始終鐘為高電平，那么模數轉換就會連續進行不停止。
通過給START引腳一個高脈沖的方式，START引腳可以用來同步多個通道的模數轉換。如果有多個ADS1247，多個ADS1247的數據轉換速率設置為一樣的值，那么同時接收到START高脈沖信號，將會同時啟動模數轉換，且同時完成模數轉換。因此，START引腳可以用來同步多個模數轉換器的多個通道。
通過SPI接口發送命令，也可以啟動模數轉換，和SLEEP命令相對應的WAKE UP命令，同樣可以啟動模數轉換的過程，需要注意的是，不論是SLEEP命令，還是WAKE UP命令，START引腳始終為高電平時，才有效。且，不同同時使用START引腳和WAKE UP命令。只能二選一。
通過SPI接口發送SYNC命令，同樣可以重新啟動模數轉換，SYNC命令，無論上一次AD轉換是否完成，都立刻啟動新的AD轉換，這一功能，在同步來自多個芯片的轉換，或者保持來自多個通道的周期性定時轉換的時候，非常管用。
對ADS1247前四個寄存器中的任意一個進行寫操作，都會重新啟動數字濾波器，這一寫動作，在實現寄存器命令改變的同時，和SYNC命令一樣，會立刻重新啟動模數轉換。連續讀數據模式，在復位發生后自動進入了，不過對寄存器的讀操作，以及對轉換結果的讀操作都必須在DRDY引腳為低之前完成，否則讀數據會出錯。
