24位高精度A/D芯片CS5524的应用

    摘要：CS5524是美国CRISTAL公司生产的高精度A/D芯片。这种芯片非常适用于信号较弱、动态范围大、干扰严重的测量系统。文章介绍了CS5524芯片的结构特点，并对CS5524在工程设计应用中出现的疑难问题提出了相应的解决方案。

1 CS5524的结构及特点

CS5524是美国CRISTAL公司生产的A/D转换器。它采用24脚双列直插封装形式，图1是其引脚排列，各引脚功能如表1所列。

表1 CS5524各引脚名称及功能

引脚名功  能引脚名功  能AGND模拟地VREF+参考电压正相VA+模拟电压输入VREF-参考电压反相AIN1+通道一正相端AIN2+通道二正相端AIN1-通道一反相端AIN2-通道二反相端AIN3+通道三正相端AIN4+通道四正相端AIN3-通道三反相端AIN4-通道四反相端NBV负输出脚A1逻辑输出1A0逻辑输出0脚SCLK时钟输入端CPD泵电压输出VD+数字电压输入SDI串行数据输入DGND数字地CS片选端SDO数据输出端XIN晶振输入XOUT晶振输出

CS5524内含多路复用器、斩波稳定放大器、24位∑-ΔA/D转换器、可编程增益放大器、片内校验电路以及若干存储器。其中存储器主要有command寄存器、configuration寄存器、csr寄存器以及标验寄存器等。command寄存器一个8位只写寄存器，通过设置该寄存器的相应位可以对其他五个寄存器进行读或写操作；configuration寄存器是一个24位可读写寄存器，用来设置逻辑通道数、斩波频率、软件复位以及是否进行多通道环转换；csr寄存器主要用来设置要转换的物理通道号、量程、信号极性和输出字率。另外，还有几个寄存器如校验寄存器等。图2是CS5524的内部结构框图。CS5524芯片在每次软件复位或硬件复位后都会置为缺省值，在缺省值下，芯片均能正常工作。CS5524的主要特点如下：

●采用∑-Δ结构；

●输入动态范围大，共有25mV、55mV、100mV、1V、2.5V、5V等6个单/双极性量程可选（带双缓冲）；

●内带驱动泵，能以此产生小信号和负电压信号的基准电压（-2.1～-2.5V）；

●可编程选择通道；

●每个通道内均带有可读写的系统校验与自校验存储器；

●功率消耗仅5.5mW。

2 应用

CS5524是一种高精度24位4通道模/数转换芯片。可以广泛应用在一些信号较弱、变化范围大、干扰严重的测量系统中。图3为该芯片在智能媒质测硫仪中的应用原理框图。

图3中，数据采集部分选用CS5524，单片机则采用80C196KC，其中准双向口P1.0～P1.3与CS5524的I/O口相连以进行数据采集。准双向口的编程与双向口略有不同，其区别在于：准双向口在编程时需要在每次读数前将口状态先置为1。

应用CS5524芯片进行数据采集时，其芯片的线性误差小于0.0015%。在媒质测硫仪的应用中，当参考电压稳定时，其线性误差普遍小于0.0012%。而在标称输入为2.40V时，连续抽样10个测量值的线性误差仅为0.00038%。

该智能性媒质测硫仪系统的软件实现流程如图4所示。

3 软、硬件处理

3.1 软件处理

a.串口初始化

在用软件对CS5524进行初始化时，应先向输入口SDI顺序写入15个字节的#0FFh和一个字节的#0Feh。写完后，芯片将被强制工作于命令模式。

b.软件复位

对CS5524的软件复位可通过向configuration寄存器的RS位写1（其它位可以置0）来实现。然后在命令模式下再读出configuration寄存器的值（正确复位后，其值为#0000C0h）。

需要指出的是：有时CS5524芯片不经过以上两步也可正常工作。但这种状态是不确定的，严重时可能会导致死循环。而且一旦出现死循环，则需要硬件的再次复位。

c.开始工作

开始工作时，应将configuration寄存器的RS位重新写0并跳出复位状态。

d.读数

读数前，必须先判断SDO脚是否已降为0电平。接着再写8个周期的0来清SDO标志位。

需要注意的是：系统在高电平时读数，而在低电平时锁存下一位。

e.寄存器的设置

在具体应用中，假设需要K个逻辑通道，configuration寄存器的深度指针只需写为K-1，而并不是芯片有8个逻辑通道，就必须要将D15～D12置为#0111B.

另外，需要写入的CSR寄存器位数取决于configuration寄存器的深度指针。

例如：在测硫仪设计中，实际只需要用两个逻辑通道，这样便可将D15～D12置为#0001B，需只需将CSR寄存器写入24位（而不是全部的96位）即可。当然，先写入的应当是逻辑通道1。

3.2 硬件处理

硬件问题主要需要注意CPD和NBV管脚外围参数的选择。厂商提供的参考电路如图5所示。

但是，笔者认为：图5所提供的电路参数选择存有商讨之处。

图为CPD的输出是幅值为5V的周期性高频方波。它通过BAT85（2.1V稳压）给NBV提供参考负压，因而图5所示电路对外围稳压管的要求特别高，这样，一旦BAT85过压损坏，则很容易烧坏芯片。为此，在设计中，若输入电压高于100mV，可将CPD悬空，NBV接地。这样做不但可以减少芯片发热，还可以降低CPD输出功耗。若输入低于100mV，稳妥的办法则是直接从稳压电源获取负压。

4 结束语

CS5524是一种高精度的4通道A/D转换芯片，它采用∑-Δ处理算法。适用于信号较弱和干扰严重的环境条件下；同时，它的多通道、多量程输入还可满足输入动态范围比较大的应用系统，而且精度也非常高。

尽管CS5524非常实用，但应用中需要特别注意对芯片的保护。