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模拟技术相关技术文章△-∑A/D转换器MCP3421的工作原理和应用分析
Microchip公司的MCP3421与其他A/D转换器相比,特点主要表现在:全差分输入;18位分辨率;精密的连续自校准功能;可选择3.75、15、60或240 sps采样速率进行转换;可工作在连续转换或单次转换模式,在单次转换后的空闲期内自动进入待机模式,极大地减小了电流消耗;内部集成2.048 V±0.05%精度,且温度漂移仅为5ppm/℃的基准电压源;可编程增益放大器(PGA)提供1/2/4/8倍增益,允许测量极小的信号并且具有很高的分辨率;内部集成振荡器电路并提供I2C串行接口等。
1 MCP3421封装形式与结构
MCP3421是Microchip公司△-∑A/D转换器系列的一款18位分辨率器件,采用SOT23-6封装。图1为MCP342引脚分布图,各引脚的功能如表1所列。MCP342内部采用了Microchip专利的差分开关电容△-∑转换及数字滤波技术,专为需要高分辨率和低功耗的应用而设计。在这种应用中,空间和低功耗是设计的首要考虑因素。MCP3421可在2.7~5.5V单电源下电压工作,并消耗很低的电流。在VDD=3 V、单次转换、1 sps条件下,电流消耗仅为39μA(典型值)。其内部功能框图略--编者注。
2 MCP3421的工作原理
MCP3421为一个全差分、18位分辨率且具有自校正功能的△-∑A/D转换器,内部内部包括△-EA/D转换器、可编程增益放大器(PGA)、时钟振荡器和I2C串行接口,以及2.048 V电压基准源5部分。MCP3421设计简单、极易配置,允许设计工程师通过最小配置获得精确的测量结果。
2.1 △-∑A/D转换器
MCP3421△-∑A/D转换器包括一个差分开关电容△-∑调制器和一个数字滤波器。调制器测量差分模拟输入电压(经内部PGA放大),并将其与内部电压基准相比较。MCP3421内部集成了2.048 V电压基准。数字滤波器从调制器接收到高速数据流,经数字滤波器处理后输出一个数字代码。MCP3421输出的数字代码是PGA增益、输入信号和内部电压基准的函数。在固定配置下,输出数字代码与两个模拟输入引脚问的电压差成正比。输出代码限定在一定的数目范围内,该范围取决于代表输出码所需的位数,同时也与采用的转换速率有关,如表2所列。