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MS5194描述 MS5194T/MS5195T 為適合高精度測量應用的低功耗、低噪聲、六通道差分輸入的 24bit/16bit 模數轉換器。其內部集成了低噪聲輸入緩沖器、低噪聲儀表放大器、精密低噪聲、低漂移內部帶隙基準，也可采用外部差分基準電壓。其片內還集成可編程激勵電流源、burnout 電流源和偏置電壓發(fā)生器。偏置電壓發(fā)生器可將通道的共模電壓設置為 0.5*AVDD。 此芯片采用外部時(shí)鐘或內部時(shí)鐘，輸出數據速率可通過(guò)軟件設置數據更新速率為 4.17Hz 到 470Hz。電源電壓范圍為 2.7V 到5.25V。MS5194T/MS5195T 采用了 TSSOP24 封裝。 主要特點(diǎn) RMS 噪聲：MS5194T 在 16.7Hz 為 40nV 功耗：典型值為 400uA 集成低噪聲、可編程增益儀表放大器 集成低溫漂電壓基準：5ppm/°C 更新速率：4.17Hz 到 470Hz 集成 50Hz/60Hz 限波濾波器 集成可編程電流源 集成內部時(shí)鐘振蕩器 集成內部 burnout 電流、激勵電流 集成片內偏置電壓發(fā)生器 電源電壓：2.7V 到 5.25V 工作溫度范圍：-40°C 到 105°C 應用 衡器應力檢測 氣體分析和血液分析 工業(yè)過(guò)程控制和儀器儀表 液相和氣相色譜儀 6 位DVM MS5194 pin=pin AD7794 ,軟件硬件都不需要改動(dòng)，客戶(hù)反饋測試數據基本跟AD7794相同完美替代進(jìn)口。 封裝圖 管腳圖 內部框圖 極限參數 功能描述 概述 MS5194T/MS5195T 為低功耗∑-ΔADC ,內置∑-Δ調制器、輸入緩沖器、基準電壓源、儀表放大器和片內數字濾波器，主要用于測量寬動(dòng)態(tài)范圍的低頻信號，例如壓力傳感器、電子秤和溫度測量應用中的信號。每個(gè)器件都有三個(gè)差分輸入端，可以被配置為緩沖模式或無(wú)緩沖模式�；鶞孰妷翰捎猛獠炕鶞孰妷�。 用戶(hù)能夠通過(guò)編程設置 MS5194T/MS5195T 的輸出速率(fADC)。當更新速率為 16.7Hz 或更低時(shí)，陷波頻率同時(shí)為 50Hz 和 60Hz。根據輸出更新速率的不同，MS5194T/MS5195T 采樣的濾波器也略有不同，以便優(yōu)化對量化噪聲和器件噪聲的抑制。當更新速率值在 4.17Hz 至 12.5Hz 范圍內時(shí)，采用 Sinc3濾波器和均值濾波器；當更新速率值在 16.7Hz 至 39Hz 范圍內時(shí)，器件采用經(jīng)修正的 Sinc3 濾波器。 當更新速率達到 16.7Hz 時(shí)，此濾波器提供 50Hz/60Hz 抑制；當更新速率值在 50Hz 至 242Hz 范圍內時(shí)，采用 Sinc4 濾波器；當更新速率達到 470Hz 時(shí)，器件采用僅有積分功能的濾波器。 模擬輸入通道 MS5194T/MS5195T 有 6 個(gè)差分模擬 輸入通道。當器件運行在緩沖模式下時(shí)，這些通道將與片內緩存器相連；而當器件運行在無(wú)緩沖模式下時(shí)，通道直接與調制器相連。在緩沖模式下（配置寄存器中的 BUF 設置為 1)，信號輸入到緩沖放大器的高阻抗輸入級。因此，輸入端可耐受較大的源阻抗，適用于那些與外部阻性傳感器直接相連的應用，例如應變計或電阻式溫度檢測(RTD)等。 當 BUF =0 時(shí)，器件在無(wú)緩沖模式下工作。這將導致較高的模擬輸入電流。請注意，該無(wú)緩沖輸入路徑可為驅動(dòng)源提供動(dòng)態(tài)的負載。因此，輸入引腳上的電阻與電容組合可能會(huì )引起增益誤差，具體取決于驅動(dòng) ADC 輸入的信號源的輸出阻抗。下表顯示了為防止在 20 位分辨率條件下產(chǎn)生增益誤差，無(wú)緩沖模式下外部電阻和電容的容許值。 MS5194T/MS5195T 在當增益值為1 或 2 時(shí)，運行在無(wú)緩沖模式下。當增益值更高時(shí)，緩沖器自動(dòng)使能。緩沖模式下，絕對輸入電壓范圍限于 GND + 100 mV 至 AVDD - 100 mV 之間。當增益值達到 4或更高時(shí)，使能儀表放大器。當儀表放大器可用時(shí)，絕對輸入電壓范圍限于 GND + 300 mV 至 AVDD -1.1V 之間。在設定共模電壓時(shí)，用戶(hù)必須注意上述限制，以便保證電壓不超過(guò)上述限值，從而避免降低器件的線(xiàn)性性能和噪聲性能。 無(wú)緩沖模式下， 絕對輸入電壓的范圍在 GND - 30 mV 至 AVDD + 30 mV之間。 儀表放大器 MS5194T/MS5195T 增益為 4 或更高時(shí)，緩沖器輸出信號將施加于片內儀表放大器的輸入端。低噪聲儀表放大器的存在意味著(zhù)小幅度信號可以在 MS5194T/MS5195T 內被放大，同時(shí)仍然保持出色的噪聲性能。利用配置寄存器中的位 G2 至 G0，可以將 MS5194T/MS5195T 的增益設置為 1、2、4、8、16 、32、64 或 128。因此，當采用 2.5V 基準時(shí)，單極性電壓范圍為 0mV 至 19.53mV 到 0V 至 2.5V, 而雙極性電壓范圍為±19.53mV 至±2.5V。當儀表放大器可用時(shí)（增益≥4), 共模電壓值((AIN (+) + AIN(- ))/2)不得低于 0.5V。 如果 MS5194T/MS5195T 采用電壓值與 AVDD 相等的外部基準電壓源，則在儀表放大器有效的情況下，為保證能夠正常工作，模擬輸入信號的電壓不得高于 VREF/gain 的 90%。 雙極性/單極性數據結構 MS5194T/MS5195T 的模擬輸入端可接受單極性或雙極性輸入電壓范圍。雙極性輸入范圍不代表器件可以耐受相對于系統 GND 的負電壓。AIN(+) 輸入端的雙極性信號和單極性信號均以 AIN(-)輸入端的電壓為基準。 偏置電壓發(fā)生器 MS5194T/MS5195T 內置一個(gè)偏置電壓發(fā)生器。它將所選輸入通道的負端電壓偏置到 0.5*AVDD，在熱電偶應用中非常有用，因為當增益值高于 2 時(shí)，必須將熱電偶產(chǎn)生的電壓偏置數伏的直流電壓。 偏置電壓發(fā)生器由配置寄存器中的 VBIAS1、VBIAS0 和 BOOST 位共同控制。偏置電壓發(fā)生器的上電時(shí)間取決于負載電容的大小。為了適應較高的負載電容，MS5194T/MS5195T 配有 BOOST 位。當此位置 1 時(shí)，偏執電壓的功耗提高，可大幅縮短上電時(shí)間，此時(shí)器件功耗增大 250uA，當此位置 0 時(shí)，功耗僅增加 40uA。 參考電壓 MS5194T/MS5195T 既可利用內置的 1.2V 基準電壓為 ADC 提供參考電壓，也可采用外部基準源。 內置基準參考電壓具有低溫漂、低噪聲特點(diǎn)，溫漂典型值為 5ppm/℃。通過(guò)配置寄存器中的 REFSEL 位可選擇內部基準和外部基準。 外部基準差分輸入的共模電壓范圍為 GND 至 AVDD �；鶞孰妷狠斎胧菬o(wú)緩沖式的；因此，過(guò)大的R-C 源阻抗會(huì )導致增益誤差。標稱(chēng)基準電壓 REFIN(REFIN(+)- REFIN(- )) 為 2.5 V，但 MS5194T/MS5195T可以采用的基準電壓的范圍為 0.1V 至 AVDD 。如果應用中模擬輸入端的傳感器的激勵電壓或激勵電流也為器件提供基準電壓，則可以消除激勵源中低頻噪聲的影響，其原因是應用是比率式的。如果在非比率式應用中采用 MS5194T/MS5195T，應使用低噪聲基準電壓源。 另外，基準電壓輸入能夠提供高阻抗、動(dòng)態(tài)負載。由于各基準電壓輸入的輸入阻抗是動(dòng)態(tài)的，因此這些輸入端上的電阻與電容組合可能會(huì )導致直流增益誤差，具體取決于驅動(dòng)基準電壓輸入的信號源的輸出阻抗。 復位 對 MS5194T/MS5195T 連續寫(xiě)入 32 個(gè) 1，可以將器件的電路和串行接口復位。這樣做可以將所有片內寄存器復位為默認值，同時(shí)復位邏輯、數字濾波器和模擬調制器。上電時(shí)會(huì )自動(dòng)執行復位操作。 啟動(dòng)復位操作后，用戶(hù)必須等待 500μ才能訪(fǎng)問(wèn)片內寄存器。如果 SCLK 線(xiàn)路上的噪聲導致串行接口變?yōu)楫惒綘顟B(tài)，則需要執行復位以恢復同步功能。 參考電壓檢測 MS5198T/5199T 集成了一個(gè)片上有效基準檢測電路，此功能可以通過(guò)把寄存器 REF_DET 位置 1 打開(kāi)。當 REFIN+和 REFIN-之間的電壓小于 0.3V 或處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，MS5198T/5199T 識別為無(wú)效基準，內部電路寄存器 NOREF 位置 1，在這種情況下，轉換結果時(shí)全 1。因此，在轉換過(guò)程中不需要連續監測NOREF 的狀態(tài)。當 NOREF 位置 1，且 MS5198T/5199T 正在執行滿(mǎn)幅校準時(shí)，更新的校準寄存器的值是錯誤的，此時(shí) ERR 位置 1。 AVDD 檢測 MS5194T/MS5195T 除能夠轉換外部電壓以外，還可以監控 AVDD 引腳上的電壓。當 CH2 至 CH0 位均為 1 時(shí)，AVDD 引腳上的電壓在內部衰減 6 倍，所獲得的電壓施加于調制器之上，器件采用 1.20V 內部基準電壓驅動(dòng)以實(shí)現模數轉換。此特性的用處在于可以監控電源電壓的波動(dòng)。 片上寄存器 ADC 由許多片內寄存器進(jìn)行控制和配置，下面的章節將對這些寄存器進(jìn)行詳細的說(shuō)明。在下面的描述中，如無(wú)特殊說(shuō)明，“置 1”表示邏輯 1 狀態(tài)，“清 0”表示邏輯 0 狀態(tài)。 通信寄存器 RS2, RS1, RS0 = 0,0,0 通信寄存器時(shí)一個(gè) 8 位只寫(xiě)寄存器。與 ADC 器件之間的所有通信均必須以對通信寄存器的寫(xiě)操作開(kāi)始。寫(xiě)入通信寄存器的數據決定了下一個(gè)操作是讀操作還是寫(xiě)操作，以及此操作的操作對象是哪一個(gè)寄存器。對于讀/寫(xiě)操作，當對選定寄存器的讀/寫(xiě)操作完成后，接口返回到對通信寄存器執行寫(xiě)操作的狀態(tài)。這是接口的默認狀態(tài)，在上電或復位后，ADC 將處于此默認狀態(tài)，等待對通信寄存器的寫(xiě)操作。當接口時(shí)序丟失之后，執行一個(gè)占用至少 32 個(gè)串行時(shí)鐘周期的寫(xiě)操作，并使 DIN 處于高電平狀態(tài)，將可以復位整個(gè)器件，從而讓 ADC 返回此默認狀態(tài)。表 11 列出了通信寄存器位功能描述。CR0~CR7 表示位的位置，CR 說(shuō)明這些位屬于通信寄存器。CR7 表示數據流的第一位，括號中的數值表示該位的上電/復位默認狀態(tài)。 狀態(tài)寄存器 RS2, RS1, RS0 = 0,0,0 ; 上電/復位= 0x80 (MS5195T) / 0x88 (MS5194T) 狀態(tài)寄存器時(shí)一個(gè) 8 位只讀寄存器。要訪(fǎng)問(wèn) ADC 狀態(tài)寄存器，用戶(hù)必須對通信寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，選擇下一個(gè)操作位讀操作，并將 0 載入位 RS2、位 RS1 和位 RS0，表 13 列出了狀態(tài)寄存器位功能描述。SR0~SR7 表示位的位置，SR 說(shuō)明這些位屬于狀態(tài)寄存器。SR7 表示數據流的第一位。括號中的數值表示該位的上電/復位默認狀態(tài)。 接地和布局 由于模數轉換器的模擬輸入和基準輸入是差分的，所以模數調制器中的大部分電壓都是共模電壓。優(yōu)良的共模抑制元件消除了這些輸入端的共模噪聲。 數字濾波器提供了對電源的噪聲抑制，除了在整數倍的調制器采樣頻率。數字濾波器還從模擬和基準輸入中去除噪聲，在這些噪聲源沒(méi)有使得模擬調制器飽和之前。因此，MS5194T/MS5195T 比傳統的高分辨率轉換器更能抵抗噪聲干擾。然而，由于 MS5194T/MS5195T 的分辨率如此之高，而來(lái)自 MS5194T/MS5195T 的噪聲水平如此之低，此必須注意接地和布局。 容納 MS5194T/MS5195T 的印刷電路板的設計應使模擬和數字部分分開(kāi)，并限制在電路板的某些區域。最小的蝕刻技術(shù)通常是最好的地面，因為它提供了最好的屏蔽。 建議將 GND 引腳固定在系統的 AGND 平面上。在任何布局中，重要的是用戶(hù)要記住系統中的電流流動(dòng)，確保所有電流的返回路徑盡可能接近電流到達目的地的路徑。避免強迫數字電流流過(guò)布局的AGND 部分。 接地面應該允許在 MS5194T/5195T 下運行，以防止噪聲耦合。MS5194T/MS5195T 的供電線(xiàn)路應該使用盡可能寬的跟蹤，以提供低阻抗路徑，并減少故障對供電線(xiàn)路的影響�？焖匍_(kāi)關(guān)線(xiàn)號如時(shí)鐘信號，應與數字地面屏蔽，以避免將噪聲輻射到板的其他部分，時(shí)鐘信號不應該在模擬輸入附近走線(xiàn)。 避免數字和模擬信號交叉。在電路板的相對兩邊的痕跡應該以直角彼此運行，這就減少了通過(guò)電路板饋通的影響。微帶技術(shù)效果最好，但在雙面板上使用這種方法并不總是可能的。在該技術(shù)中，電路板的組件端專(zhuān)用于接地板，信號被放置在焊接端。 當使用高精度 ADC 時(shí)，良好的去耦是很重要。AVDD 應該和 10uf 鉭電容并聯(lián) 0.IuF 電容到 GND 去耦。DVDD 應和 10uf 鉭電容并聯(lián) 0.1uF 電容到系統的 DGND 去耦，和系統的 AGND 到 DGND 連接應接近 MS5194T/MS5195T。為了從這些去耦組件中獲得最佳效果，它們應該盡可能靠近器件，理想情況下正好對著(zhù)器件。所有邏輯芯片都應與 0.1uF 陶瓷電容器去耦到 DGND。 下圖是 MS5194T/MS5195T 用作熱電偶測量應用的示意圖。 |
