数模转换器AD420及其与MSP430的接口技术

1 概述
AD420是ADI公司生产的高精度、低功耗全数字电流环输出转换器。AD420的输出信号可以是电流信号，也可以是电压信号。其中电流信号的输出范围为4mA~20mA，0mA~20mA或0mA~24mA，具体可通过引脚RANGE SELECTl，RANGE SELECT2进行配置。当需要输出电压信号时，它也能从一个隔离引脚提供电压输出，这时需外接一个缓冲放大器，可输出0V～5V，0V~10V，±5V或±10V电压。
AD420具有灵活的串行数字接口(最大速率可达3.3 Mb/s)，使用方便、性价比高、抑制干扰能力强，非常适合用于高精度远程控制系统。AD420与单片机的接口方式有2种：3线制和异步制。单片机系统通过AD420可实现连续的模拟量输出。其主要特点如下：
宽泛的电源电压范围为12 V~32 V，输出电压范围为0V~-2.5 V；
带有3线模式的SPI或Microwire接口，可采集连续的模拟输入信号，采用异步模式时仅需少量的信号线；
数据输出引脚可将多个AD420器件连接成菊链型；
上电初始化时，其输出最小值为0 mA，4 mA或O V；
具有异步清零引脚，可将输出复位至最小值(0mA、4 mA或0V)；
BOOST引脚可连接一个外部晶体管来吸收回路电流，降低功耗；
只需外接少量的外部器件，就能达到较高的精度。
AD420采用24引脚SOIC和PDIP封装，表1是其引脚功能说明。

2 工作原理
在AD420中，二阶调节器用于保持最小死区。从调节器发出的单字节流控制开关电流源，两个连续的电阻电容装置进行过滤。电容为电流输出额外增加的器件。输出电流则简单显示为4 mA～20 mA，OmA～20mA或0mA～24mA。AD420采用BiCMOS工艺，能够适合高性能的低电压数字逻辑和高电压模拟电路。
如果需要，AD420同样能够提供电压输出代替电流环输出。增加了一个额外的电压放大器使用户得到OV~5 V，0V～10V，±5V或±10V的电压。
AD420有一个环路故障检测电路。当开环或者供电电压不足使IOUT电压超过限制电压时会产生警报。故障检测端为低电平触发，所以可以用一个上拉电阻器同时连接至多个AD420的故障检测端，上拉电阻器可以接至VLL端或外接5 V逻辑电压。
IOUT电流由一个PMOS晶体管和内置放大器控制。内置电路提供故障输出，避免使用窗口限制比较器，这就要求在故障检测端输出有效之前需要一个实际的误差输出。反之，当AD420输出级的内置放大值低于l V的驱动值时，信号就会产生。因此，故障输出端在跳转限制达到要求之前保持不变。由于比较在输出放大反馈网络内进行，输出精度通过开环增益保持稳定，在故障检测输出变为有效之前没有输出误差。3个数字接口，包括数据输入、CLOCK、LATCH。如果用户想要使本质安全应用电路具有最少的流电隔离器数目，可将AD420配置在异步模式下工作，这种模式可将LATCH通过一个限流电阻连接到Vcc来实现。数据的值通过O，1进行组合来构造信息并触发LATCH信号。
2.1 时序操作
如图1所示，AD420采用∑-△架构进行A/D转换，由于其内部结构固有的单调性以及高分辨率，因此特别适合工业控制环境的相对低带宽需求。