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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
所属分类
信号处理电路
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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