高速12位模數轉換器AD7892及其在圖像採集中的應用

摘要：AD7892是美國AD公司生產的LC2MOS型單電源12位模數轉換器，可并行或串列輸出，文中介紹了它的功能、特點，工作時序以及在圖像採集系統中的應用電路。

1AD7892的特點及功能

   AD7892是美國ANALOG DEVICE公司生產的具有採樣保護功能的逐次逼近式12位高速ADC，根據輸入模擬信號範圍的不同可分為AD7892-1，AD7892-2，AD7892-3三種類型。其中，AD7892-1輸入信號範圍為±10V或者±5V（可設置），AD7892-2輸入信號範圍為0~+2.5V，這兩種的採樣轉換速率均為500kSPS，AD7892-3的輸入信號範圍為±2.5V，採樣轉換速率為600kSPS，AD7892-1和AD7892-3的輸入信號過壓保護電壓分別為±17V和±7V。

   AD7892模數轉換器具有如下特點：

   ●單電源工作（+5V）；

   ●內含採樣保持放大器；

   ●具有高速串、并行介面。

   AD7892的內部框圖如圖1所示，它內含模擬信號換算電路、採樣保持電路、A/D轉換的基準電源（+2.5V）、時鐘電路、12位逐次逼近式ADC電路和控制電路，轉換的結果可以并行輸出，也可以串列輸出，非常容易和微處理器或DSP（數字信號處理器）介面。AD7892共有兩種封裝，一種是24腳雙列直插式DIP封裝，另一種為貼面式SOIC封裝，AD7892的引腳排列如圖2所示。各引腳的功能說明如表1所列。

表1AD7892的管腳名稱及功能說明

2工作時序和轉換后的二進位代碼

   下面以-40℃~+85℃的工業品（即A、B類）為例進行介紹，-55℃~+125℃（即C類）的某些參數略有區別。

2.1并行輸出時序

   當MODE腳接高電平時，AD7892為并行輸出方式，其時序如圖3所示。CONVST信號T1應大於35ns，在上升沿，採樣保護器進入保持狀態，並開始A/D轉換，轉換時間TCONV為1.47μs（AD7892-3）或1.6μs（AD7892-1，AD7892-2），轉換結束后EOC腳輸出T2≥60ns的負脈衝以進行中斷或數據鎖存，並在EOC下降沿開始下次採樣，也就是轉換一結束就開始下次採樣，採樣時間TACQ要大於等於200ns（AD7892-3）或400ns（AD7892-1，AD7892-2），當轉換結束后（EOC的下降沿），只要CS和RD有效，經過t6=40ns的時間，即可在DB0~DB11上獲得轉換后的12位數據，CS和一般片選相同，可一直有效，外加RD的時間t5亦應大於35ns。下次採樣和本次的輸出可同時進行，所以最小的一次採樣轉換輸出時間對於AD7892-3來說為1.47+0.2=1.67μs（600kSPS），而對於AD7892-1和AD7892-2來說為1.6+0.4=2μs (即500kSPS)，圖3中t9≥200ns，t7≈5ns，t3、t4、t8可為零（此時t9=tACQ）。

2.2串列輸出時序

   當MODE腳為低時，為串列方式，時序如圖4所示。採用這種方式可和工業標準的微處理器、控制器和DSP等相連。其轉換啟動信號CONVST、結束信號EOC、片選CS和圖3相同，數據的讀出應在EOC的下降沿到下次採樣前，即CONVST上升沿前的200ns（AD7892-3）或400ns（AD7892-1，-2）之間進行。EOC的下降沿可產生中斷或產生RFS信號，在讀出期間RFS應保持低電平，否則數據線為三態，SCLK一般由接收數據者提供，進行同步輸出輸入的最高頻率是20MHz（高、低電平最小時間為25ns）,每一個SCLK的上升沿延時一段時間后（最小5ns，最大25ns），在數據線上輸出一位，共輸出16位數據，前四位是0，后12位是轉換后的有效數據，高位在前，DB0是最後一位，16位數據輸出後由RFS或第17個SCLK的上升沿（哪個在前，哪個起作用）使輸出變為高阻態，讀出數據最小需要16個脈衝，假設SCLK的最高頻率為20MHz，則讀出時間最小要800ns，在加上採樣和轉換時間，對於AD7892-3來說最高速度為400kSPS，對於AD7892-1和-2來說最高速度為357kSPS。

2.3轉換后的二進位代碼

   由於三種類型的模擬輸入範圍不同，因而其轉換輸出的二進碼也不同，表2所列為AD7892-1和AD7892-3的輸入輸出代碼、表3所列為AD7892-2的代碼。

表2AD7892-1，AD7892-3理想的輸入輸出表

表3AD7892-2理想的輸入輸出表

   對於AD7892-1和AD7892-3，FSR為滿度範圍，如輸入為±10V，則FSR=20V，輸入為±5V，FSR=10V，輸入為±2.5V，FSR=5V.模擬信號從-FSR/2→GND→+FSR/2變化，輸出則從100…000→111…111→000…000→011…111變化。而對於AD7892-2，在輸入從0→+2.5V變化時，輸出則從全0→全1。

3AD7892在CCD圖像採集中的應用

   圖5所示為AD7892用於CCD圖像採集系統的電路圖。目的是把CCD讀出的模擬信號（單極性）轉換為12位數字信號，以便微機能夠進行處理，該電路採用的是AD7892AN-1的并行輸出模式，其速度設計為400kSPS。

   在此應用中，將IN2接到IN1，其輸入範圍為±5V，CCD產生的輸出信號經調理電路進行處理為100…000~111…111，即從2048→4095，在D11反相后，鎖存器鎖存的數據為000…000→011…111，即從0→2047。在微機發出CONVSI信號啟動轉換的同時，把上次轉換的結果的低八位取走，然後取走高四位。