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运用于温度检测和仪表仪器等MS5194参数与替代AD7794

作者:XBW18025311976 | 时间:2022-6-7 20:49:13 | 阅读:510| 显示全部楼层
MS5194描述
MS5194T/MS5195T 为适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、六通道差分输入的 24bit/16bit 模数转换器。其内部集成了低噪声输入缓冲器、低噪声仪表放大器、精密低噪声、低漂移内部带隙基准,也可采用外部差分基准电压。其片内还集成可编程激励电流源、burnout 电流源和偏置电压发生器。偏置电压发生器可将通道的共模电压设置为 0.5*AVDD。
此芯片采用外部时钟或内部时钟,输出数据速率可通过软件设置数据更新速率为 4.17Hz 到 470Hz。电源电压范围为 2.7V 到5.25V。MS5194T/MS5195T 采用了 TSSOP24 封装。
主要特点
RMS 噪声:MS5194T 在 16.7Hz 为 40nV
功耗:典型值为 400uA
集成低噪声、可编程增益仪表放大器
集成低温漂电压基准:5ppm/°C
更新速率:4.17Hz 到 470Hz
集成 50Hz/60Hz 限波滤波器
集成可编程电流源
集成内部时钟振荡器
集成内部 burnout 电流、激励电流
集成片内偏置电压发生器
电源电压:2.7V 到 5.25V
工作温度范围:-40°C 到 105°C
应用
衡器应力检测
气体分析和血液分析
工业过程控制和仪器仪表
液相和气相色谱仪
6 位DVM
MS5194 pin=pin AD7794 ,软件硬件都不需要改动,客户反馈测试数据基本跟AD7794相同完美替代进口。
封装图


管脚图


内部框图


极限参数


功能描述
概述
MS5194T/MS5195T 为低功耗∑-ΔADC ,内置∑-Δ调制器、输入缓冲器、基准电压源、仪表放大器和片内数字滤波器,主要用于测量宽动态范围的低频信号,例如压力传感器、电子秤和温度测量应用中的信号。每个器件都有三个差分输入端,可以被配置为缓冲模式或无缓冲模式。基准电压采用外部基准电压。
用户能够通过编程设置 MS5194T/MS5195T 的输出速率(fADC)。当更新速率为 16.7Hz 或更低时,陷波频率同时为 50Hz 和 60Hz。根据输出更新速率的不同,MS5194T/MS5195T 采样的滤波器也略有不同,以便优化对量化噪声和器件噪声的抑制。当更新速率值在 4.17Hz 至 12.5Hz 范围内时,采用 Sinc3滤波器和均值滤波器;当更新速率值在 16.7Hz 至 39Hz 范围内时,器件采用经修正的 Sinc3 滤波器。
当更新速率达到 16.7Hz 时,此滤波器提供 50Hz/60Hz 抑制;当更新速率值在 50Hz 至 242Hz 范围内时,采用 Sinc4 滤波器;当更新速率达到 470Hz 时,器件采用仅有积分功能的滤波器。
模拟输入通道
MS5194T/MS5195T 有 6 个差分模拟 输入通道。当器件运行在缓冲模式下时,这些通道将与片内缓存器相连;而当器件运行在无缓冲模式下时,通道直接与调制器相连。在缓冲模式下(配置寄存器中的 BUF 设置为 1),信号输入到缓冲放大器的高阻抗输入级。因此,输入端可耐受较大的源阻抗,适用于那些与外部阻性传感器直接相连的应用,例如应变计或电阻式温度检测(RTD)等。
当 BUF =0 时,器件在无缓冲模式下工作。这将导致较高的模拟输入电流。请注意,该无缓冲输入路径可为驱动源提供动态的负载。因此,输入引脚上的电阻与电容组合可能会引起增益误差,具体取决于驱动 ADC 输入的信号源的输出阻抗。下表显示了为防止在 20 位分辨率条件下产生增益误差,无缓冲模式下外部电阻和电容的容许值。


MS5194T/MS5195T 在当增益值为1 或 2 时,运行在无缓冲模式下。当增益值更高时,缓冲器自动使能。缓冲模式下,绝对输入电压范围限于 GND + 100 mV 至 AVDD - 100 mV 之间。当增益值达到 4或更高时,使能仪表放大器。当仪表放大器可用时,绝对输入电压范围限于 GND + 300 mV 至 AVDD -1.1V 之间。在设定共模电压时,用户必须注意上述限制,以便保证电压不超过上述限值,从而避免降低器件的线性性能和噪声性能。
无缓冲模式下, 绝对输入电压的范围在 GND - 30 mV 至 AVDD + 30 mV之间。
仪表放大器
MS5194T/MS5195T 增益为 4 或更高时,缓冲器输出信号将施加于片内仪表放大器的输入端。低噪声仪表放大器的存在意味着小幅度信号可以在 MS5194T/MS5195T 内被放大,同时仍然保持出色的噪声性能。利用配置寄存器中的位 G2 至 G0,可以将 MS5194T/MS5195T 的增益设置为 1、2、4、8、16 、32、64 或 128。因此,当采用 2.5V 基准时,单极性电压范围为 0mV 至 19.53mV 到 0V 至 2.5V, 而双极性电压范围为±19.53mV 至±2.5V。当仪表放大器可用时(增益≥4), 共模电压值((AIN (+) + AIN(- ))/2)不得低于 0.5V。
如果 MS5194T/MS5195T 采用电压值与 AVDD 相等的外部基准电压源,则在仪表放大器有效的情况下,为保证能够正常工作,模拟输入信号的电压不得高于 VREF/gain 的 90%。
双极性/单极性数据结构
MS5194T/MS5195T 的模拟输入端可接受单极性或双极性输入电压范围。双极性输入范围不代表器件可以耐受相对于系统 GND 的负电压。AIN(+) 输入端的双极性信号和单极性信号均以 AIN(-)输入端的电压为基准。
偏置电压发生器
MS5194T/MS5195T 内置一个偏置电压发生器。它将所选输入通道的负端电压偏置到 0.5*AVDD,在热电偶应用中非常有用,因为当增益值高于 2 时,必须将热电偶产生的电压偏置数伏的直流电压。
偏置电压发生器由配置寄存器中的 VBIAS1、VBIAS0 和 BOOST 位共同控制。偏置电压发生器的上电时间取决于负载电容的大小。为了适应较高的负载电容,MS5194T/MS5195T 配有 BOOST 位。当此位置 1 时,偏执电压的功耗提高,可大幅缩短上电时间,此时器件功耗增大 250uA,当此位置 0 时,功耗仅增加 40uA。
参考电压
MS5194T/MS5195T 既可利用内置的 1.2V 基准电压为 ADC 提供参考电压,也可采用外部基准源。
内置基准参考电压具有低温漂、低噪声特点,温漂典型值为 5ppm/℃。通过配置寄存器中的 REFSEL 位可选择内部基准和外部基准。
外部基准差分输入的共模电压范围为 GND 至 AVDD 。基准电压输入是无缓冲式的;因此,过大的R-C 源阻抗会导致增益误差。标称基准电压 REFIN(REFIN(+)- REFIN(- )) 为 2.5 V,但 MS5194T/MS5195T可以采用的基准电压的范围为 0.1V 至 AVDD 。如果应用中模拟输入端的传感器的激励电压或激励电流也为器件提供基准电压,则可以消除激励源中低频噪声的影响,其原因是应用是比率式的。如果在非比率式应用中采用 MS5194T/MS5195T,应使用低噪声基准电压源。
另外,基准电压输入能够提供高阻抗、动态负载。由于各基准电压输入的输入阻抗是动态的,因此这些输入端上的电阻与电容组合可能会导致直流增益误差,具体取决于驱动基准电压输入的信号源的输出阻抗。
复位
对 MS5194T/MS5195T 连续写入 32 个 1,可以将器件的电路和串行接口复位。这样做可以将所有片内寄存器复位为默认值,同时复位逻辑、数字滤波器和模拟调制器。上电时会自动执行复位操作。
启动复位操作后,用户必须等待 500µ才能访问片内寄存器。如果 SCLK 线路上的噪声导致串行接口变为异步状态,则需要执行复位以恢复同步功能。
参考电压检测
MS5198T/5199T 集成了一个片上有效基准检测电路,此功能可以通过把寄存器 REF_DET 位置 1 打开。当 REFIN+和 REFIN-之间的电压小于 0.3V 或处于开路状态时,MS5198T/5199T 识别为无效基准,内部电路寄存器 NOREF 位置 1,在这种情况下,转换结果时全 1。因此,在转换过程中不需要连续监测NOREF 的状态。当 NOREF 位置 1,且 MS5198T/5199T 正在执行满幅校准时,更新的校准寄存器的值是错误的,此时 ERR 位置 1。
AVDD 检测
MS5194T/MS5195T 除能够转换外部电压以外,还可以监控 AVDD 引脚上的电压。当 CH2 至 CH0 位均为 1 时,AVDD 引脚上的电压在内部衰减 6 倍,所获得的电压施加于调制器之上,器件采用 1.20V 内部基准电压驱动以实现模数转换。此特性的用处在于可以监控电源电压的波动。
片上寄存器
ADC 由许多片内寄存器进行控制和配置,下面的章节将对这些寄存器进行详细的说明。在下面的描述中,如无特殊说明,“置 1”表示逻辑 1 状态,“清 0”表示逻辑 0 状态。
通信寄存器
RS2, RS1, RS0 = 0,0,0
通信寄存器时一个 8 位只写寄存器。与 ADC 器件之间的所有通信均必须以对通信寄存器的写操作开始。写入通信寄存器的数据决定了下一个操作是读操作还是写操作,以及此操作的操作对象是哪一个寄存器。对于读/写操作,当对选定寄存器的读/写操作完成后,接口返回到对通信寄存器执行写操作的状态。这是接口的默认状态,在上电或复位后,ADC 将处于此默认状态,等待对通信寄存器的写操作。当接口时序丢失之后,执行一个占用至少 32 个串行时钟周期的写操作,并使 DIN 处于高电平状态,将可以复位整个器件,从而让 ADC 返回此默认状态。表 11 列出了通信寄存器位功能描述。CR0~CR7 表示位的位置,CR 说明这些位属于通信寄存器。CR7 表示数据流的第一位,括号中的数值表示该位的上电/复位默认状态。




状态寄存器
RS2, RS1, RS0 = 0,0,0 ;
上电/复位= 0x80 (MS5195T) / 0x88 (MS5194T)
状态寄存器时一个 8 位只读寄存器。要访问 ADC 状态寄存器,用户必须对通信寄存器进行写操作,选择下一个操作位读操作,并将 0 载入位 RS2、位 RS1 和位 RS0,表 13 列出了状态寄存器位功能描述。SR0~SR7 表示位的位置,SR 说明这些位属于状态寄存器。SR7 表示数据流的第一位。括号中的数值表示该位的上电/复位默认状态。


接地和布局
由于模数转换器的模拟输入和基准输入是差分的,所以模数调制器中的大部分电压都是共模电压。优良的共模抑制元件消除了这些输入端的共模噪声。 数字滤波器提供了对电源的噪声抑制,除了在整数倍的调制器采样频率。数字滤波器还从模拟和基准输入中去除噪声,在这些噪声源没有使得模拟调制器饱和之前。因此,MS5194T/MS5195T 比传统的高分辨率转换器更能抵抗噪声干扰。然而,由于 MS5194T/MS5195T 的分辨率如此之高,而来自 MS5194T/MS5195T 的噪声水平如此之低,此必须注意接地和布局。
容纳 MS5194T/MS5195T 的印刷电路板的设计应使模拟和数字部分分开,并限制在电路板的某些区域。最小的蚀刻技术通常是最好的地面,因为它提供了最好的屏蔽。
建议将 GND 引脚固定在系统的 AGND 平面上。在任何布局中,重要的是用户要记住系统中的电流流动,确保所有电流的返回路径尽可能接近电流到达目的地的路径。避免强迫数字电流流过布局的AGND 部分。
接地面应该允许在 MS5194T/5195T 下运行,以防止噪声耦合。MS5194T/MS5195T 的供电线路应该使用尽可能宽的跟踪,以提供低阻抗路径,并减少故障对供电线路的影响。快速开关线号如时钟信号,应与数字地面屏蔽,以避免将噪声辐射到板的其他部分,时钟信号不应该在模拟输入附近走线。
避免数字和模拟信号交叉。在电路板的相对两边的痕迹应该以直角彼此运行,这就减少了通过电路板馈通的影响。微带技术效果最好,但在双面板上使用这种方法并不总是可能的。在该技术中,电路板的组件端专用于接地板,信号被放置在焊接端。
当使用高精度 ADC 时,良好的去耦是很重要。AVDD 应该和 10uf 钽电容并联 0.IuF 电容到 GND 去耦。DVDD 应和 10uf 钽电容并联 0.1uF 电容到系统的 DGND 去耦,和系统的 AGND 到 DGND 连接应接近 MS5194T/MS5195T。为了从这些去耦组件中获得最佳效果,它们应该尽可能靠近器件,理想情况下正好对着器件。所有逻辑芯片都应与 0.1uF 陶瓷电容器去耦到 DGND。
下图是 MS5194T/MS5195T 用作热电偶测量应用的示意图。


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