數模轉換器AD420及其與MSP430的接口技術

1 概述
AD420是ADI公司生產的高精度、低功耗全數字電流環輸出轉換器。AD420的輸出信號可以是電流信號，也可以是電壓信號。其中電流信號的輸出范圍為4mA~20mA，0mA~20mA或0mA~24mA，具體可通過引腳RANGE SELECTl，RANGE SELECT2進行配置。當需要輸出電壓信號時，它也能從一個隔離引腳提供電壓輸出，這時需外接一個緩沖放大器，可輸出0V～5V，0V~10V，±5V或±10V電壓。
AD420具有靈活的串行數字接口(最大速率可達3.3 Mb/s)，使用方便、性價比高、抑制干擾能力強，非常適合用于高精度遠程控制系統。AD420與單片機的接口方式有2種：3線制和異步制。單片機系統通過AD420可實現連續的模擬量輸出。其主要特點如下：
寬泛的電源電壓范圍為12 V~32 V，輸出電壓范圍為0V~-2.5 V；
帶有3線模式的SPI或Microwire接口，可采集連續的模擬輸入信號，采用異步模式時僅需少量的信號線；
數據輸出引腳可將多個AD420器件連接成菊鏈型；
上電初始化時，其輸出最小值為0 mA，4 mA或O V；
具有異步清零引腳，可將輸出復位至最小值(0mA、4 mA或0V)；
BOOST引腳可連接一個外部晶體管來吸收回路電流，降低功耗；
只需外接少量的外部器件，就能達到較高的精度。
AD420采用24引腳SOIC和PDIP封裝，表1是其引腳功能說明。

2 工作原理
在AD420中，二階調節器用于保持最小死區。從調節器發出的單字節流控制開關電流源，兩個連續的電阻電容裝置進行過濾。電容為電流輸出額外增加的器件。輸出電流則簡單顯示為4 mA～20 mA，OmA～20mA或0mA～24mA。AD420采用BiCMOS工藝，能夠適合高性能的低電壓數字邏輯和高電壓模擬電路。
如果需要，AD420同樣能夠提供電壓輸出代替電流環輸出。增加了一個額外的電壓放大器使用戶得到OV~5 V，0V～10V，±5V或±10V的電壓。
AD420有一個環路故障檢測電路。當開環或者供電電壓不足使IOUT電壓超過限制電壓時會產生警報。故障檢測端為低電平觸發，所以可以用一個上拉電阻器同時連接至多個AD420的故障檢測端，上拉電阻器可以接至VLL端或外接5 V邏輯電壓。
IOUT電流由一個PMOS晶體管和內置放大器控制。內置電路提供故障輸出，避免使用窗口限制比較器，這就要求在故障檢測端輸出有效之前需要一個實際的誤差輸出。反之，當AD420輸出級的內置放大值低于l V的驅動值時，信號就會產生。因此，故障輸出端在跳轉限制達到要求之前保持不變。由于比較在輸出放大反饋網絡內進行，輸出精度通過開環增益保持穩定，在故障檢測輸出變為有效之前沒有輸出誤差。3個數字接口，包括數據輸入、CLOCK、LATCH。如果用戶想要使本質安全應用電路具有最少的流電隔離器數目，可將AD420配置在異步模式下工作，這種模式可將LATCH通過一個限流電阻連接到Vcc來實現。數據的值通過O，1進行組合來構造信息并觸發LATCH信號。
2.1 時序操作
如圖1所示，AD420采用∑-△架構進行A/D轉換，由于其內部結構固有的單調性以及高分辨率，因此特別適合工業控制環境的相對低帶寬需求。