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AD采集系统耐高温八通道十八位HJ2860

AD采集系统耐高温八通道十八位HJ2860

HJ2860是一款专门为耐高温（≥+200℃）应用设计的8通道差分18位同时采集A/D转换系统。它由输入箝位、二阶抗混叠模拟滤波器、采样/保持器、18位电荷再分布逐次逼近ADC、可编程数字滤波器、高速并行接口、精密参考源、低压差调整源、系统集成处理器（ISP）、驱动器等组成。
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产品描述
　　一、概述
　　HJ2860是一款专门为耐高温（≥+200℃）应用设计的8通道差分18位同时采集A/D转换系统。它由输入箝位、二阶抗混叠模拟滤波器、采样/保持器、18位电荷再分布逐次逼近ADC、可编程数字滤波器、高速并行接口、精密参考源、低压差调整源、系统集成处理器（ISP）、驱动器等组成。可通过SPI、UART、I2C等方式与上位机通信，方便用户快速采集（最高200ksps）和处理被测模拟量。支持在线非侵入式编程，用户可利用其中的64kB的flash来定义，最终的功能和温度建模修正。
　　该电路特别适合于石油钻井旋转导向、测斜仪、飞行器惯导控制和多相电机控制等同步高速数据采集系统领域。其主要特点有：
　　八路同步采集，可采集同一时刻，同一坐标点各传感器的数据
　　模拟输入电压范围±5V，±10V
　　内置单端转差分输入级
　　内置半双工收发器
　　输入阻抗≥1MΩ
　　模拟输入箝位保护
　　高信噪比（98dB SNR）
　　二阶抗混叠模拟滤波器
　　低失真（-107dB THD）
　　精密基准电压
　　动态范围达105 dB
　　18位、200ksps ADC(所有通道)
　　通道与通道的隔离度≥-85 dB
　　提供过采样设置，提高采样精度
　　单5V供电
　　数据采集过程可编程
　　小体积（40*21.6*5mm3）
　　采用并行接口进行数据的采集，提高了数据的采样率。
　　内置64kbit flash可进行零位/满度/温漂建模修正
　　SPI/UART/I2C兼容接口，方便客户外置存储器
　　内置两路功率驱动器
　　最高耐温≥200℃
　　低功耗：150mW（最大）
　　二、内部原理框图
 
　　三、封装形式及引出端功能
　　1．封装形式全金属密封封装，外观尺寸见图2、图3（单位：mm）。
 
侧视图
 
 
顶视图
　　2．引出端功能

引脚号

符号

功能

引脚号

符号

功能

1

VCC

正电源

15

I/O5

MCU通用端口

2

AGND1

模拟地1

16

RX

串行输入

3

DGND

数字地

17

TX

串行输出

4

CH8

模拟输入通道

18

I/O4

MCU通用端口

5

CH7

19

I/O3

6

CH6

20

I/O2

7

CH5

21

I/O1

8

CH4

22

C2CK

调试接口的时钟信号

9

CH3

23

C2D

调试接口的双向数据信号

10

CH2

24

I/O7

MCU通用端口

11

CH1

25

I/O8

12

AGND2

模拟地2

26

OUT2

MCU通用端口输出

13

I/O6

MCU通用端口

27

OUT1

14

NC

接外壳

28

NC

接外壳


　　四、绝对最大额定值

电源电压

+6V

模拟输入电压

±12V

工作温度范围

−55°C至+200℃

引脚温度(焊接10秒)

300℃


　　五、典型应用

　　六、数字滤波器
　　HJ2860内置一个可选的数字一阶sinc滤波器，在使用较低吞吐速率或需要更高信噪比或更宽动态范围的应用中，应使用该滤波器。数字滤波器的过采样率由过采样引脚OS[2:0]控制(见表2)。OS2为MSB控制位，OS0则为LSB控制位。表1提供了用来选择不同过采样倍率的过采样位解码。OS引脚在P1.0的下降沿锁存，从而设置下一个转换的过采样倍率。除过采样功能外，输出结果被抽取为18位分辨率。
 
 
过采样引脚时序
过采样位解码（100 Hz输入信号）
 

OS[2:0]

过采样率

±10V范围SNR(dB)

10V范围-3dB带宽（kHz）

最大吞吐量频率（kHz）

000

无过采样

91.5

33

200

001

2

93.9

28.9

100

010

4

96.4

21.5

50

011

8

98.9

12

25

100

16

101

6

12.5

101

32

102

3

6.25

110

64

102.9

1.5

3.125

111

无效

 
 
　　如果OS引脚选择过采样率8，则下一个P1.3上升沿采集各通道的第一个样点，一个内部产生的采样信号采集所有通道的其余7个样点。然后对这些样点求平均值，以改进SNR性能。表1显示了±10 V范围的典型SNR性能。如表1所示，SNR性能随着过采样率提高而改善。随着过采样率提高，3 dB带宽降低，容许的采样频率也降低。在所需采样频率为10 kSPS的应用中，过采样率最高可以为16。此时，应用的SNR性能会有改善，但输入-3 dB带宽在约6 kHz以下。
　　开启过采样时，转换过程中P1.0保持高电平的时间会延长。P1.0保持高电平的实际时间取决于所选的过采样倍率；过采样倍率越高，则P1.0保持高电平的时间或总转换时间越长，参见表1。例如，在初始采样或吞吐速率为200 kSPS的应用中，如果开启过采样，则必须降低吞吐速率，以满足较长的转换时间要求，并顾及到读取操作。
　　七、数字接口
　　HJ2860内部的AD控制端口和并行数据输出端口与单片机的连接方式如图6所示。微处理器采用高性能的C8051F340单片机[注2]。
　　C8051F340具有：
　　高速8051微控制器内核
　　−流水线指令结构；70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期
　　−有48MIPS和25MIPS两种版本
　　−扩展的中断系统
　　存储器
　　−4352或2304 B数据RAM
　　−64KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为512字节
　　数字外设
　　−40个端口I/O；均耐5V电压，大灌电流
　　−硬件增强型SPI、SMBus和1或2个增强型UART串口
　　−4个通用16位计数器/定时器
　　−16位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有5个捕捉/比较模块
　　时钟源
　　−内部振荡器：0.25%的精度(时钟恢复被使能时)。支持所有USB和UART工作方式
　　在片调试
　　−片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试（不需仿真器）
　　−支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器
　　−比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能
 
 
内部AD和MCU的数字接口
　　C8051F340通过并行数据总线从A/D读取数据。转换时序如图7所示，转换过程如下：
　　1.通过P1.2（复位）端，发送一个高电平脉冲信号，复位AD转换器；
　　2.通过P1.3（转换开始）端，发送一个低电平脉冲信号，使能AD转换器开始8通道同步采集；
　　3.检测P1.0（输出繁忙）端，待P1.0变为低电平时，数据转换完成；
　　4.通过P1.1（数据输出）端，发送高低时序电平，在P3.0，P4.0读取转换数据。
　　P1.1（数据输出）端引脚用来从输出转换结果寄存器读取数据。需要两个脉冲以读取每个通道的全部18位转换结果。通过P1.1（数据输出）引脚施加16脉冲序列，可使各通道的转换结果按升序逐个输出到并行输出总线DB[15:0]。P1.0（输出繁忙）端变为低电平后的第一个下降沿输出CH1的转换结果DB[17:2]，下一个P1.1下降沿则用CH1的转换结果DB[1:0]更新总线。需要16个脉冲以读取8个18位转换结果。P1.1的第16个下降沿输出通道CH8的转换结果DB[1:0]。并行数据输出如图8所示。
 
 
图7.转换时序图
 
图8.并行数据输出图
　　注1：当过采样率被改变时，每次在采集数据前，通过P1.2（复位）端，发送一个复位信号，复位AD采样器。
　　注2：C8051F340详细使用功能，参考其使用手册。
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