∑-Δ型24位模数转换器在智能变送器中的应用

　　1　引言

　　溅射膜传感器、扩散硅传感器等桥路式传感器在现场变送器中逐渐被应用,由于现场变送器工作环境比较恶劣,各种噪声和干扰都非常大,特别在小信号处理方面非常困难,选用AD7714进行数据采集,它使用∑-Δ转换技术实现高达24位精度无误码,具有转换速度快,1~128可编程增益,三线制串行接口,软件可编程滤波器,可与传感器直接接口,低功耗,工作温度可在-40~+105℃.

　　2　硬件设计

　　2·1　智能变送器工作原理框图

　　图1是该智能变送器硬件组成原理框图,当压力信号作用于传感器后,桥路产生形变致使其阻值发生变化,该传感器的供电电压为3 V,传感器的输出量程为5 mV,该智能变送器的主要功能是将满量程5 mV的输入信号转换成4~20mA的电流输出,若变送器按1∶100量程比计算,就是将满量程0.05mV的小信号换成4~20mA的电流输出,精度为0.1%。

2·2　采样转换单元与微处理器接口电路

　　图2所示为AD7714与微处理器68HC11[1]的接口电路,AD7714是一个完整的用于低频测量应用场合的模拟前端,直接从传感器接收小信号并输出串行数字量,图示为三线制接口,AD7714的/CS管脚硬件接地,若系统中使用多片AD7714,则/CS应接控制信号,若采用三线制接口,AD7714的/DRDY脚不接,用AD7714的通讯寄存器中的/DRDY位监控数据寄存器的更新情况,若采用四线制接法,AD7714的/DRDY脚接到68HC11的输入口线上(如PC0),当AD7714转换完成,它的数据寄存器被更新,/DRDY管脚变低,此时CPU可以从AD7714的数据寄存器中读数据,更新的数据被读出以后,/DRDY自动变高,/DRDY也可以作为AD7714校准指示。

　　2·3　采样单元的数字滤波

　　AD7714有一个片内低通数字滤波器,它可以对∑-Δ转换器的输出进行滤波,也就是说它可以消除模数转换过程中产生的噪声,这是模拟滤波做不到的,数字滤波器的第一次陷波通过片内控制寄存器进行编程,用户可以根据切断频率和采样速率很容易对数字滤波器进行编程,AD7714的数字滤波具有(sinx/x)3响应特性。其Z变换为

　　图3所示为滤波器在切断频率为2.62Hz的响应特性曲线,曲线的第一个陷波频率为10Hz,滤波器的第一个陷波设置与输出速率相对应,图中输出速率是10Hz,第一个陷波频率也是在10Hz,滤波器的陷波重复出现在第一个陷波的整数倍位置,数字滤波器的切断频率由高位滤波寄存器和低位滤波寄存器的值决定(FS0~FS11),输出速率和第一个陷波频率由下面的关系式决定:

　　输出速率=f′CLK IN/N.128

　　式中N由FS0~FS11的值决定。

　　-3dB频率由下式决定: