高速12位模数转换器及其在图像采集中的应用
1 AD7892的特点及功能
AD7892是美国ANALOG DEVICE公司生产的具有采样保持功能的逐次逼近式12位高速ADC，根据输入模拟信号范围的不同可分为AD7892－1，AD7892－2， AD7892－3三种类型。其中，AD7892－1输入信号范围为±10V或者±5V(可设置)，AD7892－2输入信号范围为0～＋2.5V，这两种的采样转换速率均为500kSPS，AD7892－3的输入信号范围为±2.5V，采样转换速率为600kSPS，AD7892－1和AD7892－3的输入信号过压保护电压分别为±17V和±7V。
AD7892模数转换器具有如下特点：
●单电源工作(＋5V)；
●内含采样保持放大器；
●具有高速串、并行接口。
AD7892的内部框图如图1所示，它内含模拟信号换算电路、采样保持电路、A/D转换的基准电源(＋2.5V)、时钟电路、12位逐次逼近式ADC 电路和控制电路，转换的结果可以并行输出，也可以串行输出，非常容易和微处理器或DSP(数字信号处理器)接口。AD7892共有两种封装，一种是24脚双列直插式DIP封装，另一种为贴面式SOIC封装，AD7892的引脚排列如图2所示。各引脚的功能说明如表1所列。
2 工作时序和转换后的二进制代码
下面以－40℃～＋85℃的工业品(即A、B类)为例进行介绍，－55℃～＋125℃(即C类)的某些参数略有区别。
2.1 并行输出时序
当MODE脚接高电平时，AD7892为并行输出方式，其时序如图3所示。CONVST信号t1应大于35ns，在上升沿，采样保持器进入保持状态，并开始A/D转换，转换时间tCONV为1.47μs(AD7892－3)或1.6μs(AD7892－1，AD7892－2)，转换结束后EOC脚输出t2≥60ns的负脉冲以进行中断或数据锁存，并在EOC下降沿开始下次采样，也是转换一结束就开始下次采样，采样时间tACQ要大于等于200ns(AD7892－3)或400ns(AD7892－1，AD7892－2)，当转换结束后(EOC的下降沿)，只要CS和RD有效，经过t6=40ns的时间，即可在DB0～DB11上获得转换后的12位数据，CS和一般片选相同，可一直有效，外加RD的时间t5亦应大于35ns。下次采样和本次的输出可同时进行，所以最小的一次采样转换输出时间对于AD7892－3 来说为1.47＋0.2=1.67μs(600kSPS)，而对于AD7892－1和AD7892－2来说为1.6＋0.4=2μs(即 500kSPS)，图3中t9≥200ns,t7≈5ns，t3、t4、t8可为零(此时t9=tACQ)。
2.2 串行输出时序
当MODE脚为低时，为串行方式，时序如图4所示。采用这种方式可和工业标准的微处理器、控制器和DSP等相连。其转换启动信号CONVST、结束信号EOC、片选CS和图3相同，数据的读出应在EOC的下降沿到下次采样前，即CONVST上升前的200ns(AD7892－3)或400ns(AD7892－1，－2)之间进行。EOC的下降沿可产生中断或产生RFS信号，在读出期间RFS应保持低电平，否则数据线为三态，SCLK一般由接收数据者提供，进行同步输出输入的最高频率是20MHz(高、低电平最小时间为25ns)，每一个 SCLK的上升沿延时一段时间后(最小5ns，最大25ns)，在数据线上输出一位，共输出16位数据，前四位是0，后12位是转换后的有效数据，高位在前，DB0是最后一位，16位数据输出后由RFS或第17个SCLK的上升沿(哪个在前，哪个起作用)使输出变为高阻态，读出数据最少需要16个脉冲，假设SCLK的最高频率为20MHz，则读出时间最少要800ns，在加上采样和转换时间，对于AD7892－3来说最高速度为400kSPS，对于 AD7892－1和－2来说最高速度为357kSPS。
2.3 转换后的二进制代码
由于三种类型的模拟输入范围不同，因而其转换输出的二进制代码也不同，表2所列为AD7892－1和AD7892－3的输入输出代码、表3所列为AD7892－2的代码。
对于AD7892－1和AD7892－3，FSR为满度范围，如输入为±10V，则FSR=20V，输入为±5V，FSR=10V，输入为±2.5V， FSR="5V"。模拟信号从－FSR/2→GND→＋FSR/2变化，输出则从100…000→111…111→000…000→011…111变化。而对于AD7892－2，在输入从0→＋2.5V变化时，输出则从全0→全1。
3 AD7892在CCD图像采集中的应用
图5所示为AD7892用于CCD图像采集系统的电路图。目的是把CCD读出的模拟信号(单极性)转换为12位数字信号，以便微机能够进行处理，该电路采用的是AD7892AN－1的并行输出模式，其速度设计为400kSPS。
在此应用中，将IN2接到IN1，其输入范围为±5V，CCD产生的输出信号经调理电路进行处理后其输出电压范围为－5V～0V，故输出D11～D0为100…000～111…111，即从2048→4095，在D11反相后，锁存器锁存的数据为000…000→011…111，即从0→2047。在微机发出CONVST信号启动转换的同时，把上次转换的结果的低八位取走，然后取走高四位。
AD7892是美国ANALOG DEVICE公司生产的具有采样保持功能的逐次逼近式12位高速ADC，根据输入模拟信号范围的不同可分为AD7892－1，AD7892－2， AD7892－3三种类型。其中，AD7892－1输入信号范围为±10V或者±5V(可设置)，AD7892－2输入信号范围为0～＋2.5V，这两种的采样转换速率均为500kSPS，AD7892－3的输入信号范围为±2.5V，采样转换速率为600kSPS，AD7892－1和AD7892－3的输入信号过压保护电压分别为±17V和±7V。
AD7892模数转换器具有如下特点：
●单电源工作(＋5V)；
●内含采样保持放大器；
●具有高速串、并行接口。
AD7892的内部框图如图1所示，它内含模拟信号换算电路、采样保持电路、A/D转换的基准电源(＋2.5V)、时钟电路、12位逐次逼近式ADC 电路和控制电路，转换的结果可以并行输出，也可以串行输出，非常容易和微处理器或DSP(数字信号处理器)接口。AD7892共有两种封装，一种是24脚双列直插式DIP封装，另一种为贴面式SOIC封装，AD7892的引脚排列如图2所示。各引脚的功能说明如表1所列。
2 工作时序和转换后的二进制代码
下面以－40℃～＋85℃的工业品(即A、B类)为例进行介绍，－55℃～＋125℃(即C类)的某些参数略有区别。
2.1 并行输出时序
当MODE脚接高电平时，AD7892为并行输出方式，其时序如图3所示。CONVST信号t1应大于35ns，在上升沿，采样保持器进入保持状态，并开始A/D转换，转换时间tCONV为1.47μs(AD7892－3)或1.6μs(AD7892－1，AD7892－2)，转换结束后EOC脚输出t2≥60ns的负脉冲以进行中断或数据锁存，并在EOC下降沿开始下次采样，也是转换一结束就开始下次采样，采样时间tACQ要大于等于200ns(AD7892－3)或400ns(AD7892－1，AD7892－2)，当转换结束后(EOC的下降沿)，只要CS和RD有效，经过t6=40ns的时间，即可在DB0～DB11上获得转换后的12位数据，CS和一般片选相同，可一直有效，外加RD的时间t5亦应大于35ns。下次采样和本次的输出可同时进行，所以最小的一次采样转换输出时间对于AD7892－3 来说为1.47＋0.2=1.67μs(600kSPS)，而对于AD7892－1和AD7892－2来说为1.6＋0.4=2μs(即 500kSPS)，图3中t9≥200ns,t7≈5ns，t3、t4、t8可为零(此时t9=tACQ)。
2.2 串行输出时序
当MODE脚为低时，为串行方式，时序如图4所示。采用这种方式可和工业标准的微处理器、控制器和DSP等相连。其转换启动信号CONVST、结束信号EOC、片选CS和图3相同，数据的读出应在EOC的下降沿到下次采样前，即CONVST上升前的200ns(AD7892－3)或400ns(AD7892－1，－2)之间进行。EOC的下降沿可产生中断或产生RFS信号，在读出期间RFS应保持低电平，否则数据线为三态，SCLK一般由接收数据者提供，进行同步输出输入的最高频率是20MHz(高、低电平最小时间为25ns)，每一个 SCLK的上升沿延时一段时间后(最小5ns，最大25ns)，在数据线上输出一位，共输出16位数据，前四位是0，后12位是转换后的有效数据，高位在前，DB0是最后一位，16位数据输出后由RFS或第17个SCLK的上升沿(哪个在前，哪个起作用)使输出变为高阻态，读出数据最少需要16个脉冲，假设SCLK的最高频率为20MHz，则读出时间最少要800ns，在加上采样和转换时间，对于AD7892－3来说最高速度为400kSPS，对于 AD7892－1和－2来说最高速度为357kSPS。
2.3 转换后的二进制代码
由于三种类型的模拟输入范围不同，因而其转换输出的二进制代码也不同，表2所列为AD7892－1和AD7892－3的输入输出代码、表3所列为AD7892－2的代码。
对于AD7892－1和AD7892－3，FSR为满度范围，如输入为±10V，则FSR=20V，输入为±5V，FSR=10V，输入为±2.5V， FSR="5V"。模拟信号从－FSR/2→GND→＋FSR/2变化，输出则从100…000→111…111→000…000→011…111变化。而对于AD7892－2，在输入从0→＋2.5V变化时，输出则从全0→全1。
3 AD7892在CCD图像采集中的应用
图5所示为AD7892用于CCD图像采集系统的电路图。目的是把CCD读出的模拟信号(单极性)转换为12位数字信号，以便微机能够进行处理，该电路采用的是AD7892AN－1的并行输出模式，其速度设计为400kSPS。
在此应用中，将IN2接到IN1，其输入范围为±5V，CCD产生的输出信号经调理电路进行处理后其输出电压范围为－5V～0V，故输出D11～D0为100…000～111…111，即从2048→4095，在D11反相后，锁存器锁存的数据为000…000→011…111，即从0→2047。在微机发出CONVST信号启动转换的同时，把上次转换的结果的低八位取走，然后取走高四位。