AD采集系统耐高温八通道十八位HJ2860_陕西航晶微电子有限公司

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陕西航晶微电子有限公司是一家从事厚膜混合集成电路和半导体集成电路的设计、开发、生产和服务的高新科技企业，以其优异的模拟电路应用设计及超高温抗恶劣环境产品为特色。

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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	MCU通用端口
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	MCU通用端口输出
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。

AD采集系统耐高温八通道十八位HJ2860

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