AD7677在变送器校验装置直流测量系统的应用

2 AD7677特性与工作原理
    图1给出AD7677的原理框图。AD7677具有真正的16位精度，不仅能为测量系统提供较高精度，还能提供3种不同转换速率，以适应不同应用需求。在高速模式下，该A／D转换器的最大采样速率为1MS／s，它要求两次转换时间不能超过1 ms，这样才能保证全量程的精度：如果两次转换时间超过l ms，则在A／D转换器启动后将忽略第一次测量值。所以该模式一般用于需要高速测量的场合。在普通模式下，A/D转换器的最大采样速度为800 KS／s，它对两次采样之间的时间间隔没有要求，因此该模式适合用于多路数据采集系统中。而在脉冲模式下，可以实现低功耗设计，可通过节电方式来降低采样间隔期间的功耗，其最大采样速率为666 KS／s。在采样速率为100 S／s下，其典型功耗为15pW，因此该模式一般用于电池供电场合。

    图2给出AD7677 A／D转换器的时序图。AD7677利用CNVST信号控制转换，一旦开始转换，即使PD端口出现低电平，也不能重新启动或停止转换。CNVST信号独立于CS和RD信号工作。在AD7677 A／D转换器采样时，BUSY信号为高，此时可连接单片机进行检测；BUSY信号为低时，该A／D转换器处于等待状态，直到CNVST再次为低时，则开始新的转换。

    AD7677支持串行通讯和并行通讯。为便于高速测量，该系统设计中，将引脚SER／PAR设置为低电平，并采用并行通讯。当RD信号使能时，若BUSY信号为低，则读取目前的采样值：若BUSY信号为高，则读取上次采样值。图3给出并行接口的时序图。16位数据通过引脚BYTESWAP进行控制，并按照8位数据传输。当BYTESWAP位为低时，低8位数据由D[7：0]输出，而高8位数据则由D[15：8]输出；当BYTESWAP位为高时，低8位数据由D[15：8]输出，而高8位数据则由D[7：0]输出。将引脚BYTESWAP连接到地址线上，控制其电平高低，即可通过8位数据线读取16位数据。

3 AD7677在系统中的应用
    利用一片AD7677、一个驱动器和一个光电耦合器即可构成一个16位、最高采样频率可达1 MHz，每组最大采样数为32 kHz的数据采集系统。影响采集系统性能的参数很多，归纳起来主要有以下4个方面：
    (1)基准电压当采样转换时，AD7677以基准电压作为参考电压，所以基准电压的稳定性决定了测量的稳定性。这里选择低噪声、低温漂、超高精度的电压基准器件ADR421来提供基准电压，其输入电压为12 V，输出电压为2．5 V。图4给出基准电压参考电路。

    (2)采样控制脉冲由外部提供采样脉冲，其最高频率应小于1 MHz,，这里根据要求，采用8 MHz有源晶体振荡器，经32倍分频后提供采样脉冲，其采样频率最终选择250 kHz。
    (3)模拟输入信号由低噪声、低漂移、高性能运算放大器实现缓冲、放大及阻抗变换，并进行适当的滤波，按输入信号的大小自动切换放大量程。
    (4)单端输入变双端输入信号采集系统一般都采用单端信号输入。为了提高共模抑制比，常常需要将单端信号变成双端差分输入。图5给出单端输入变双端输入电路。

    在采集系统中已根据试验设置A／D转换模式．单片机只需控制何时采样及实时处理采样数据即可。单片机等待采样命令，当接到命令后，打开A／D转换器的中断，片选A／D转换器开始采集数据，通过设置软件计数器中的数值控制采集点数，这样既容易改变测量模块的参数，也容易使系统升级。将每次采集数据保存到片外RAM进行数据处理。

4 结语
    在装置中，配合使用AD7677与量程切换电路，实现了直流电压在O~10 V、直流电流在4~40 mA范围内的自动测量。在测量直流电压或电流时，由于测量量程的范围不同。而且不同的量程系差也不一致，所以补偿系数也有区别．需要在编制程序时分别考虑。测量电流与测量电压的子程序流程基本相同，只是在计算真实值时，公式稍有区别。在设计数据处理计算中，采用平均值数字滤波方法，使得该装置的测量精度达到0．01％以上，线性度达到0．005％。由此可见，AD7677型A／D转换器不仅能够满足设计要求．而且可得到进一步推广应用。