基于FPGA的AD7862接口电路设计

摘要：针对在自动控制系统设计领域和通信领域中有着广泛运用的AD7862芯片，介绍了一种基于FPGA的驱动接口电路的设计。阐述了 AD7862的特点及基本功能，以及基于这些功能特点的驱动时序，并以此时序为基础在FPGA芯片中实现了AD7862的驱动电路。给出了主要的VHDL 代码以及最终的仿真测试结果，实现了对AD7862芯片的稳定可靠驱动，同时也验证了所设计驱动电路的正确性。
关键词：AD7862芯片；接口电路；FPGA；VHDL语言

O 引言
    在自动控制的很多应用场合，都需要实时对信号进行采样分析，然后由DSP来进行运算控制。AD芯片是采样中最常用的芯片，本文主要对 ADI公司的AD7862芯片进行介绍，同时为它设计了驱动接口电路。由于AD7862不能自动工作，需要给它提供相关的驱动信号才能触发它进行转换，本文用FPGA芯片给它做一个接口驱动电路，并详细的介绍了驱动电路程序的设计，设计的电路为AD7862提供了非常好的驱动作用，并在实际运用中能使其稳定的工作。

1 AD7862芯片简介
    AD7862是美国ADI公司出品的12 bit高速，低功耗转换器，单电源5伏供电。共有4个模拟输入端，被分为两个通道(A&B)，通过输入端AO来进行选择。每一个通道有两个输入端(VA1＆VA2或者VB1&VB2)。能够接受的模拟信号的输入范围为正负10伏。不过模拟信号的输入端的过
压保护允许输入电压达到正负17伏。原理框图如图1所示。

    AD7862芯片具有以下特点：
    (1)对每一个通道而言，从启动转换到转换完成需要3．6μs的时间。
    (2)芯片由5 V单电源供电，功耗低，工作时典型值为60 mW。具有自动休眠模式，当一次转换完成后自动进入休眠模式，节省电能。当下一个转换周期来临时在自动苏醒。
    (3)提供一个高速并行接口，和微处理器、微控制器以及数字信号处理器的连接变得容易。
    (4)AD7862系列共有三个版本分别针对三种不同的输入范围。其中AD7862-10针对标准工业级输入范围正负1O伏；AD7862-3主要针对普通信号输入范围正负2．5 V。AD7862-2被用于单极O到2．5 V的输入范围。对AD7862-10和AD7862-3来说，转换输出的12位为二进制补码，对于AD7862-2来说，输出的为12位的原码。
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2 接口电路程序设计
    在本设计中用的是AD7862-10，采用高速转换模式，典型转换时序如图2所示。

     图2中队应的时间参数的要求如下表1所示。

     从图2的时序图可以看出AD7862通过输入脉冲信号CONVST启动转换。在CONVST信号的下降沿，片上的两个track／hold都同时的被设置为hold状态，两个通道开始进行转换。转换时钟由内置的晶振提供。BUSY信号指示转换结束，同时两个通道的转换结果可以被读出。由AO的值来决定第一次读取的值是VA1或者VB1，第二次读取的是VA2或者VB2。当CS信号和RD信号为低时，数据被从12位的并行数据线上读取。在高速转换模式下，AD7862的转换时间为3．6 us，track／hold收集时间为0．3 us。为了保证最佳转换效果，在转换期间和下一次转换开始前300 ns不能进行读取操作。
    上述的时序图对应为先读取VA1和VA2，然后在读取VB1和VB2，对应的信号AO首先被设为低电平，然后被拉为高电平。在设计驱动电路的过程中，一定要保证设计的时序满足上述时序参数的要求，不然就有可能发生采样不准，出错。
    结合AD7862的转换速度，FPGA选择1O MHz的处理时钟。对于整个转换过程的控制用一个状态机来完成，状态机分为12个状态 (idie，convert1，busy1，reada1，wait1，reada2，swapchna1，convert2，busy2，readb1，wait2，readb2)，其中idle状态为空闲等待转换状态；convertl指示第一次转换启动状态；busyl指示第一次转换状态；resdal状态下读取 VA1；waitl状态为读取VA1和VA2之间的等待状态；reada2状态下读取VA2；swapchnal状态指示交换到另一个通道进行转换；convert2指示第二次转换启动状态；剩余状态和前面的类似，只不过是针对VB1和VB2而言。设计代码如下(只描述VA1和VA2的部分，剩下的类似)：
  

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3 设计电路的仿真验证
    最终设计用QuartusⅡ软件编译综合后在板上测试，FPGA接口电路接受到的转换数据传给DSP芯片，然后将DSP受到的数据用实时监控软件显示。图3是给AD输入端加50 Hz的正弦波信号(同时对其中三个输入端加信号)，监控软件显示的波形。

    从图3波形图可以看出，接口驱动电路成功的控制了AD7862芯片的采样过程，从而验证了驱动电路设计的正确性。