ad芯片
黄小丹-女娲补天教学设计
2023年2月19日发(作者：浸浴)AD7705模数芯⽚原理详解
博主福利：100G+电⼦设计学习资源包！
AD7705是AD公司的⼀款新型16位AD转换器。该器件包括由放⼤器（PGA）和缓冲器组成的前端模拟调节电路、可编程数字滤波器、调
制器。可以通过传感器直接测量多通道⼩信号进⾏AD转换，适⽤于直流和低频交流信号测量应⽤。
它具有低功耗特性（3V时最⼤1mW），可⽤于环路供电、本地供电或电池供电的应⽤。⽚上具有可提供从1到128增益设置的可编程增益
放⼤器，允许⾼低电平模拟输⼊，⽽⽆需外部信号对硬件进⾏调节。AD7705采⽤SPI和SPIQ兼容三线串⾏⼝，可以⽅便地连接各种微控
制器或DSP，⽽且还可以⼤⼤节省并⾏接⼝模式CPU的I/O⼝。
AD7705的CS需置低电平。DRDY状态通过使⽤数字滤波器和其他组件监视DRDY线。可以通过传感器直接测量多通道⼩信号AD转换。该
器件具有⾼分辨率、⾃校准能⼒、优异的抗噪声性能以及低功耗等特点，适合仪器仪表领域的应⽤。
ADC7705芯⽚电路原理图
如果外部连接晶振、精密参考源和去耦电容，可以进⾏连续AD转换。它使⽤低成本、⾼分辨率的转换技术来实现16位⽆错误数据输出。这
符合对分辨率要求⾼，但对数字转换要求并不⾼的应⽤，如智能仪表产品和数字⾳频产品。以下对芯⽚的⼏个重要部分以及特性进⾏简要的
说明。
AD7705⽚上增益可编程放⼤器有8种增益可以选择，分别为1、2、4、8、16、32、64以及128，允许各种输⼊信号放⼤⾄接近AD转
换芯⽚的满刻度电压，然后进⾏AD转换，这将有助于提⾼转换质量。当电源电压为5V，参考电压为21V时，芯⽚可接受20mV⾄215V范
围内的单极信号，±20mV⾄±215V的双极信号。
必须注意的是，这⾥的负电压是相对于AIN（-）的，这两个引脚应该被偏置到适当的正电位。输⼊模拟信号由AD连续转换。采样频率fs由
主频率clk和增益决定。增益（16⾄128）通过多次样本并使⽤参考电容与输⼊电容的⽐值来获得。
ADC7705内部结构图
AD7705使⽤具有（sinNx/sinx）^3函数功能低通数字滤波器，幅度频率特性如下所⽰：
其中，器件产⽣的噪声⼤部分来源于半导体量化噪声。PGA放⼤频率和滤波第⼀陷波频率越低，半导体量化噪声输出越⼩，AD的分辨率越
⾼。
为了提⾼AD转换的质量，AD7705提供了两个功能选项：⾃校准和系统校准。当⼯作电压和环境温度变化时，或者设备⼯作状态的改变，
如输⼊通道的切换、增益，信号输⼊范围的变化及数字滤波器第⼀陷波频率变化等，则必须进⾏校准。
偏置电压校准零刻度，在内部产⽣的VREF电压和选定增益条件下执⾏满量程校准。在已定增益下，在外部向AIN（+）侧先施加零电压，然
后施加满刻度电压，⾸先校准零刻度点，然后校准满刻度点。基于零刻度和满刻度校准数据，⽚上微控制器对转换器输⼊输出转换的偏移和
增益进⾏计算，并补偿误差。
AD7705包括五个串⾏数据接⼝，其中数据输⼊端D_IN，串⾏时钟输⼊端S_CLK，转换数据输出端D_OUT，芯⽚选择输⼊端CS⽤于传输
数据，状态信号输出DRDY端⽤于指⽰输出数据寄存器数据是否准备就绪。当DRDY端电平置低时，转换的数据可⽤;当DRDY端电平置⾼
时，输出更新数据，⽆法读取。根据设定的数据输出进⾏速率更新A/D转换处理。任何操作都必须向对应的⽚上寄存器添加新的编程指
令。
AD7705包括通过器件串⾏端⼝访问的8个寄存器。第1个为通信寄存器，它确定下⼀个操作是读还是写到哪个寄存器，并控制对哪个输⼊
通道采样。与设备的所有通信必须⾸先写⼊通信寄存器。其寄存器选择位RS2〜RS0确定哪个寄存器访问下⼀个操作，输⼊通道选择位
CH0，CH1决定转换或访问校准数据的输⼊通道。第2个为设置寄存器，它是⼀个8位寄存器，⽤于设置校准⽅法、⼯作模式等。第3个位
时钟寄存器，它也是可读可写的8位寄存器，主要⽤于设置AD芯⽚⼯作频率参数和AD转换的输出速率。第4个为数据寄存器，它是16位只
读寄存器，⽤于存储AD芯⽚的转换结果。
值得注意，数据⼿册显⽰它是16位寄存器，但实际上它是由两个8位存储单元组成，输出MSB在前，如果接收单⽚机需要LSB在前。其他
寄存器是测试寄存器，满量程校准寄存器，零标度校准寄存器等，⽤于测试并存储校准数据，同时⽤来分析噪声误差。