CS1150是深圳芯海科技有限公司開發(fā)的一款基于Σ-Δ原理、低功耗、高精度的單通道24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。在PGA=128時，具有17.5位有效精度，工作電壓范圍2.7V～5.25V，采用SOP16封裝，最大功耗不大于7mW。CS1150采用簡單SPI 接口和MCU通訊。
CS1150管腳功能及時序說明
CS1150的管腳圖及其管腳說明見圖1。CS1150有內(nèi)置RC振蕩器，也可以外部接晶振。CS1150的一些參數(shù)可以直接由管腳的電平選擇，這樣更方便用戶使用。如內(nèi)部集成增益放大器由PGA管腳的電平選定增益的倍數(shù)，BUF管腳決定是否使用內(nèi)部模擬輸入緩沖器，SPEED管腳選擇輸出數(shù)據(jù)速率。CS1150的數(shù)字接口都為CMOS邏輯接口。AIN0、AIN1適用于模擬差分信號輸入，CS、SCLK、DDAT管腳相互配合適用可以得到模擬差分信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。因為CS1150的一些設(shè)置都可以用相應(yīng)管腳電平來決定，所以它的SPI接口只有輸出，而不需要輸入，DDAT腳是復(fù)用端口，用于數(shù)據(jù)準(zhǔn)備信號，低電平有效。
圖1：CS1150的管腳圖及其管腳功能說明。
CS1150的時序圖見圖2，當(dāng)DDAT腳信號變低電平后，說明模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，使CLK為低電平，再使CS為低電平，然后配合一個時鐘信號，在時鐘信號的高電平時從DDAT管腳讀出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)據(jù)輸出時，先輸出高位數(shù)據(jù)，再輸出低位數(shù)據(jù)。讀完24位結(jié)果后，使CLK為低電平、DDAT和CS為高電平，以便讀取下次AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。為防止時序出錯，CS1150還具有SPI接口復(fù)位功能，即當(dāng)每次新的AD數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，DDAT腳都會先變高再變低。
圖2：CS1150的時序圖。
CS1150的應(yīng)用要點及PCB布板注意事項
CS1150是一種性能與控制參數(shù)密切相關(guān)的芯片，通常在進行應(yīng)用前都需要針對測量要求、信號特點、外部電路等因素，選擇合適的控制參數(shù)，以得到相對更好的整體性能。下面介紹CS1150的主要參數(shù)設(shè)置和軟件結(jié)構(gòu)方面的經(jīng)驗，以及印制板布板注意事項供參考。
1. 主時鐘及其頻率的選擇
CS1150集成內(nèi)部2.4576M RC振蕩器。采用外部振蕩器可以用以下三種方式連接，一是直接接晶振；二是和單片機共用同一個晶振，即CS1150的MCLK接單片機振蕩器輸出端；三是利用單片機輸出穩(wěn)定的一個方波脈沖做時鐘，即CS1150的MCLK接單片機方波脈沖輸出端。后兩種方式利用單片機提供時鐘脈沖，比兩芯片單獨接各自的晶振所產(chǎn)生的電磁干擾要小些。如果利用單片機提供時鐘脈沖要注意匹配問題，CS1150適用的時鐘頻率范圍為1MHz～5MHz，一般應(yīng)用在4MHz附近比較理想。所以第二種方式適用于低頻率類型的單片機，第三種則適用于高頻率的單片機。
2. 增益倍數(shù)的選擇
CS1150內(nèi)部集成增益放大器，可以選擇1倍或128倍的增益倍數(shù)。由于信號在放大的過程中，噪聲也跟著相應(yīng)放大，這樣AD輸出的有效位會降低。所以如果信號輸入范圍比較大時，建議盡量選擇1倍的增益倍數(shù)。
3. AD輸出頻率的選擇
CS1150在輸入時鐘為2.4576M的時候，AD結(jié)果輸出頻率有10Hz和80Hz，當(dāng)選擇10Hz時，內(nèi)部ADC采樣頻率為76.8KHz，并且有50/60Hz頻率陷波，因此AD輸出比較穩(wěn)定。但是由于輸出比較慢，外面做數(shù)字濾波時就不能取太多的數(shù)據(jù)來濾波；而選擇80Hz時，內(nèi)部ADC采樣頻率為614.4KHz，AD輸出變化比較大。由于輸出比較快，可以在外面取多個數(shù)字做濾波，也能得到穩(wěn)定的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。
4. 軟件對AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的處理
對AD轉(zhuǎn)換結(jié)果都需要做數(shù)字濾波，一般濾波方法有算數(shù)平均法、滑動平均法和防脈沖干擾法。算數(shù)平均法適合AD轉(zhuǎn)換結(jié)果比較穩(wěn)定的情況，而滑動平均法適合消除小信號干擾，防脈沖干擾法適合消除大信號干擾。要根據(jù)具體產(chǎn)品的應(yīng)用來選擇合適的濾波方法。一般在衡器產(chǎn)品中會選擇先采用算數(shù)平均法，再采用滑動平均法兩種方式。
5. 印制電路板布板注意事項
由于測量的是微小信號，所以不恰當(dāng)?shù)牟及?例如數(shù)字信號線與模擬信號線平行并靠近、接地線過細、器件布局不合理等)，都可能使整體性能下降。對于CS1150芯片，布板時注意的事項如下：
1）模擬器件及其外圍元件應(yīng)該與數(shù)字器件分開排列，兩類元器件之間的距離應(yīng)適當(dāng)加大。在繪制板圖時，完全利用繪圖軟件的自動布線功能往往達不到合理的效果，因此需要手動布線與自動布線相結(jié)合。
2）CS1150的模擬信號輸入引腳至輸入插座引腳的距離應(yīng)盡量接近，兩者之間的引線應(yīng)走捷徑，應(yīng)該穿過濾波電容的焊盤，盡量不安排過孔，寬度以0.5mm為宜。
3）模擬地與數(shù)字地要截然分開，并覆蓋各自范圍內(nèi)的所有空閑處（雙面），兩地之間只能有一點相連。
4）時鐘引腳產(chǎn)生的電磁干擾最大，因此要用地線形成包圍時鐘器件及其引線、引腳的環(huán)狀，以減少輻射。
本文小結(jié)
總的來說CS1150是一款高性能、低功耗的ADC產(chǎn)品，它非常適合用于高精度、小信號測量產(chǎn)品，如高精度電子秤、氣壓計、血壓計等等。由于它的所有參數(shù)都由相應(yīng)的管腳電平?jīng)Q定，用戶可以將這些管腳連接到單片機的I/O口，隨時改變這些參數(shù)，也可以在PCB上固定連接好，應(yīng)用起來十分靈活簡單。 |
