采用I2C总线的ADS1100型16位模/数转换器的设计
采用i2c总线的ads1100型16位模/数转换器的设计
ads1100是采用2.7v～5.5v单电源供电的连续自校准模/数（a/d）转换器。它具有分辨率、接口简单、比例放大、功耗低、体积小等优点。ads1100采用电源电压为基准电压，可按比例进行a/d转换，同时带有差分输入且具有高达16位的分辨率。ads1100 pdf datasheet
ads1100每秒可采样8、16、32或128次以进行a/d转换，并提供i2c端口与外部通信。片内可编程增益放大器（pga）能提供高达8倍的增益，允许对小信号进行测量。ads1100有二种工作方式：单周期转换方式和连续周期转换方式。在单周期转换方式中，ads1100进行一次a/d转换后将自动掉电以减少电流消耗。
ads1100的主要特点如下：
·16位无漏码；
·可连续自校准；
·带有可编程增益放大器（增益=1、2、4或8）；
·可编程数据速率为8s/s～128s/s；
·带有i2c端口；
·电源电压范围为2.7v～5.5v；
·低电流消耗（90μa）。
1 引脚功能和内部结构
1．1 引脚功能
ads1100的引脚排列如图1所示，采用小型sot23-6封装，各引脚的功能如下所述。
引脚1（vin+）：差分信号正输入端；
引脚2（gnd）：地线；
引脚3（scl）：串行时钟输入端；
引脚4（sda）：串行数据输入/输出端；
引脚5（vdd）：+5v电压输入端；
引脚6（vin-）：差分信号负输入端。
1．2 内部结构
ads1100的内部结构框图如图2所示。由图可知，ads1100由一个带有可调增益的δ-∑模/数转换器核、一个时钟发生器一个i2c接口组成。ads1100的模/数转换器核由差分开关电容δ-∑调节器和数字滤波器组成。调节器用来测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较。数字滤波器从调节器接收高速位流。并输出一个代码。该代码是一个与输入电压成比例的数字。考虑到调节器的增益和偏移误差的影响，ads1100内部集成了自校准电路，以进行自动补偿。
2 ads1100的内部寄存器
ads1100内有二个寄存器：输出寄存器和匹配寄存器，它们均可通过i2c端口访问。输出寄存器内含上一次a/d转换的结果；配置寄存器允许用户改变ads1100的工作方式并查询电路的状态。
2．1 输出寄存器
16位输出寄存器中含有上一次a/d转换的结果，该结果采取二进制的补码格式。在复位或上电之后，输出寄存器被清零，并保持为0直到第一次a/d转换完成。输出寄存器的格式如表1所示。
表1 输出寄存器
2．2 配置寄存器
8位配置寄存器用来控制ads1100的工作方式、数据速率和可编程增益放大器（pga）设置。配置寄存器的默认设置是8ch，具体模式如下：
其中st/bsy位表示它是被写入还是被读出。在单周期转换方式中，写“1”到st/bsy位则导致转换的开始，写“0”则无影响。在连续方式中，ads1100将忽略st/bsy的值。
在单周期转换方式中读地，st/bsy表明模/数转换器是否忙于进行一次转换。如果st/bsy被读作“1”，则表明目前模/数转换器忙，转换正在进行；如果被读作“0”，则表明目前没有进行转换，且上一次的转换结果存于输出寄存器中。在连续方式中，st/bsy总是被读作“1”。
位6和位5为保留位，必须被置为“0”。
sc位用于控制ads1100的工作方式。当sc为“1”时，ads1100以单周期转换方式工作；当sc为“0”时，ads1100以连续转换方式工作。该位的默认设置为0。
位3和位2（dr位）用于控制ads1100的数据速率，其控制方式如表2所列。
表2 dr位
位1和0（pga位）用于控制ads1100的增益设置，控制方式如表3所列。
表3 pga位
3 ads1100读写操作
3．1 ads1100的读操作
用户可从ads1100中读出输出寄存器和配置寄存器的内容。但为此要对ads1100寻址，并从器件中读出3个字节。前面的2个字节是输出寄存器的内容，第三个字节是配置寄存器的内容。
从ad1100中读取多于3个字节的值是无效的。从第四个字节开始的所有字节将为ffh。ads1100的读操作时序如图3所示。
3．2 ads1100的写操作
用户可写新的内容至配置寄存器（但不能更改输出寄存器的内容）。为了做到这一点，要对ads1100寻址以进行写操作，并对ads1100配置寄存器写入一个字节。对ads1100的写操作时序如图4所示。
4 应用电路
图5是ads1100在某测力计中的具体应用电路。根据设计要求，传感器的输出信号需要进行转换和放大，本系统采用低失调和低漂移的op07运算放大器进行前级信号的放大和转换，同时通过tl062进行二级放大及零输入调整。为了提高输入信号的稳定性，应将信号通过lm310射极跟随器传递到ads1100的差分信号输入端。
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·可连续自校准；
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·带有i2c端口；
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1．1 引脚功能
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引脚2（gnd）：地线；
引脚3（scl）：串行时钟输入端；
引脚4（sda）：串行数据输入/输出端；
引脚5（vdd）：+5v电压输入端；
引脚6（vin-）：差分信号负输入端。
1．2 内部结构
ads1100的内部结构框图如图2所示。由图可知，ads1100由一个带有可调增益的δ-∑模/数转换器核、一个时钟发生器一个i2c接口组成。ads1100的模/数转换器核由差分开关电容δ-∑调节器和数字滤波器组成。调节器用来测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较。数字滤波器从调节器接收高速位流。并输出一个代码。该代码是一个与输入电压成比例的数字。考虑到调节器的增益和偏移误差的影响，ads1100内部集成了自校准电路，以进行自动补偿。
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4 应用电路
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