作者：数字站
AD7606是ADI的一款8通道16位同步采样的ADC芯片，最大采样率可以得到200KSPS，模拟输入电压范围最大可以选择±5V或者±10V，采用5V单电源供电，通信接口有并口和SPI串口两种可选。这是一款特别好用的芯片，同步采样表示8个通道可以同时工作，且采样率都为200KSPS，相当于8个独立的单通道ADC。同时只需要5V单电源供电，也能采集负电压，简化PCB设计。如下图所示，左边是8路ADC通道，输入钳位保护电路为±16.5V，后面接1MΩ的电阻，即ADC模拟输入阻抗为1MΩ。之后经过一个抗混叠滤波器，截止频率为22KHz。ADC最大采样率为200KSPS，如果采集的信号想要在时域不失真，也就只能采集20KHz以下的信号（时域采集不失真，采样率至少是被采样信号的十倍），没有影响。
8路ADC转换之后，通过数据选择器选择其中一个ADC的数据给通信接口进行传输，以下结合原理图讲解该芯片。AD7606模块的原理图如下所示，该芯片内部并没有可以配置的寄存器，因此根据引脚进行分析最好。根据引脚功能不同，大致分为供电、模式配置、通信接口、采集接口几种。
电源引脚
原理图如下所述，AVCC引脚是模拟侧供电引脚，电压范围4.75V ~ 5.25V。
VDRVE为逻辑通信接口提供电源电压，电压范围2.3V~5.25V，一般使用3.3V，如下所示，模块使用1117芯片将5V转换为3.3V。
如下所示，AD7606内部有2.5V的内部参考源，通过REF SELECT引脚选择使用内部参考源还是外部参考源。当使用内部参考源时，REFIN/REFOUT会输出2.5V参考电压，使用外部参考源时，REFIN/REFOUT引脚需要输入一个2.5V电压作为外部参考源。
一般使用内部参考源即可，不管使用内部参考源还是外部参考源，REFIN/REFOUT都需要用10uf电容去耦，REFCAPA和REFCAPB引脚必须短路连接到一起，并通过10uf电容连接到REFGND，如图3所示。
模拟输入接口
如下图所示，Vx表示第x个模拟通道输入，VxGND为第x个模拟通道的GND。输入电压钳位保护范围位±16.5V，不能超过此范围，否则会损坏芯片。输入电压范围根据RANGE的状态确定为±5V还是±10V，后文讲解。
配置接口
AD7606内部没有可以配置的寄存器，只能根据几个引脚的状态选择模拟输入电压的范围、参考源的来源、通信接口的类型、输出数据的类型，对应原理图如下所示。
首先REF SELECT用于选择图5中2.5V参考源的来源，REF SELECT为高电平时，AD7606使用内部参考源，否则使用外部参考源。上图R5默认不焊接（NC），因此该模块默认使用内部参考源。PAR/SER/BYTE_SEL为低电平时，AD7606使用16位并行接口通信，如果PAR/SER/BUTE_SEL为高电平，则使用SPI串行接口传输数据，如果PAR/SER/BUTE_SEL为高电平且DB15/BYTE_SEL为高电平，则使用字节并行接口模式。STBY引脚为高电平时，AD7606工作在正常模式下，STBY为低电平时，AD7606工作在省电模式下。RANGE用于确定模拟通道的电压输入范围，RANGE引脚为高电平时，模拟通道输入电压范围为±10V，否则模拟通道输入电压范围为±5V。上图RANGE默认接地，模拟输入电压范围选择±5V。
通信接口
最后剩下ADC转换部分控制及通信接口部分，如下图所示，上边的框为AD7606的通信接口，下边的框为控制和反映ADC模拟转换的状态。
OS用于设置过采样倍率，如下图所示。手册对过采样的解释为多次采样然后取平均值输出。比如过采样倍率设置为16，则每个ADC通道在CONVSTx上升沿后采集16次输入数据，采集的16个数据取平均值后输出。
AD7606在BUSY的下降沿采集OS的状态，作为下次ADC转换的过采样倍率，对应时序如下所示。
注意上图中OS的建立时间和保持时间，如下所示。最小值均为20ns，即OS必须在BUSY下降沿的前后20ns内保持稳定，否则可能会出现亚稳态。
使用过采样时，CONVSTA和CONVSTB必须连接在一起（后文讲解这两个引脚的作用），BUSY保持高电平的时间会延长，过采样倍率越高，BUSY持续高电平的时间越长，BUSY的下降沿表示ADC转换完成，对应时序如下所示。
一般使用不会使用过采样模式，如果使用可以参考这部分原理。其余的采样转换信号和通信相关信号放入后面接口时序部分讲解，配合时序进行分析会更加具体。
通信接口时序
如下所示，CONVSTA和CONVSTB的上升沿用于分别控制4个通道的采样转换开始，BUSY的下降沿用于指示采样转换完成。用户检测到BUSY的下降沿后产生读数据时序。注意AD7606的采样率是指每个通道数模转换速率最大为200KSPS，并不是通信接口的最大速率为200KSPS。转换时序如下所示，建议在转换完成（BUSY下降沿）后，在拉低片选CS读取转换后的数据。虽然AD7606支持在转换期间读取数据，但是没有意义，不建议使用。
首先 RESET信号至少拉高50ns完成复位，AD7606检测到CONVSTA/CONVSTB上升沿后每个通道开始进行数模转换，同时BUSY拉高指示AD7606正在转换数据。BUSY拉低表示数模转换结束，用户通过拉低片选CS开始读取数据。
该时序需要特别注意以上几个时间，后续写驱动会使用到。如下所示，必须在复位信号RESET拉低至少25ns（t7）后才能拉高CONVSTA/CONVSTB开始采集数据转换。CONVSTA/CONVSTB的低电平最少持续25ns（t2），当转换完成（BUSY拉低）时，用户可以立即读取数据（t4最小值为0）。
BUSY的相关时间可以不用太关注，因为这是AD7606芯片的输出信号。用户读取数据的并行接口时序如下所示，由图16可知，检测BUSY下降沿后拉低片选CS，之后AD7607在RD的下降沿输出16位并行数据DB[15:0]，用户在RD的上升沿读取DB[15:0]，FRSTDATA高电平指示第一通道转换完成的并行数据V1，当八个通道全部读取完成后，片选拉高，完成一次数据读取。
上图中需要注意几个时序参数，如下所示，t8和t9最小值可以为0，表示CS和RD可以同时变化。特别注意t10和t11，t10表示RD低电平的持续时间，根据逻辑侧供电电源有关，一般VDRIVE为3.3V，因此RD低电平最小时间为21ns，t11表示RD高电平的持续时间，最小值为15ns。因此当逻辑接口供电为3.3V时，RD信号最小周期为21ns + 15ns = 37ns，对应最大频率为27MHz，因此接口读取数据速率与采样速率没有关系。
同时并行接口支持如下时序，将片选CS和读使能RD短接，比较常用。此时序RD的最小时间为22ns（t12）。
AD7606还指示字节模式，对应时序如下所示，数据通过DB[7:0]传输，每个RD周期传输一个字节数据。首先传输第一个通道的高字节数据，经过两个RD周期传输完第一个通道转换完成的数据。
当PAR/SER/BYTE SEL为高电平时，通信接口将使用串行模式，可以使用双通道（DOUTA和DOUTB）传输数据，也可以使用单通道（DOUTA或DOUTB）传输数据。下图是双通道传输数据的串行时序，DOUTA先后传输通道一（V1）、通道二（V2）、通道三（V3）、通道四（V4）的数据，DOUTB先后传输V5、V6、V7、V8通道的数据，需要64个时钟才能传输完所有通道的数据。
如下所示，串行接口时钟SCLK最大为17MHz，高低电平持续最短时间为0.4倍，因为有变化时间，因此最小值不是0.5。
同时串行模式还支持单通道传输数据，FRSTDATA的高电平用于指示传输的第一个16位数据（高电平在串行模式下持续16个SCLK时钟）。如果只使用DOUTA传输数据，则需要128个SCLK时钟依次传输通道V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8的数据，均先传输高位数据。如果只使用DOUTB传输数据，128个SCLK时钟先后传输V5、V6、V7、V8、V1、V2、V3、V4。一般不推荐使用串行单通道传输数据，因为需要的周期比较长，如果转换结束后才开始读取数据，那么就会大幅度降低采样率。前面都是将CONVSTA和CONVSTB连接在一起使用，其实两者可以分开使用。如下图所示，控制部分其实分为两路去控制4个通道的数据采集和转换，CONVSTA通过蓝色路径控制通道一到通道四，CONVSTB通过红色路径控制通道五到通道八，可以通过控制CONVSTA和CONVSTB用来控制两组通道采集数据的相位差。
如下所示，AD7606在CONVSTA的上升沿锁存通道一、通道二、通道三、通道四输入数据的状态，在CONVSTB上升沿锁存通道五、通道六、通道七、通道八输入数据的状态。通过调整CONVSTA和CONVSTB的上升沿，就可以控制两组通道的采样相位，两个上升沿间隔最大值为0.5ms（t5最大时间为0.5ms），这种模式OS必须设置为零，不能使用过采样。当AD7606检测到CONVSTA和CONVSTB上升沿后，BUSY拉高开始对八个通道采集的数据进行转换。
AD7606输出16位补码数据，转换关系如下所示，VIN为输入模拟电压，CODE为通信接口输出的转换后的16位并行补码数据，REF为参考时钟源的电压。
总结
CONVSTA和CONVSTB的上升沿分别控制四个通道的采样保持，BUSY下降沿用于指示八个通道完成模数转换。然后用户可以通过并行或者串行接口时序读取数据，并行接口允许片选CS和读使能RD短接，数据在RD下降沿输出，用户在RD上升沿采集每个通道的补码数据。串行接口在传输数据时，片选CS必须保持低电平，数据在SCLK的下降沿输出，用户在SCLK采集DOUTA和DOUTB的数据，首先传输最高位数据。DOUTA依次传输V1、V2、V3、V4数据，DOUTB依次传输V5、V6、V7、V8数据，总共需要64个SCLK才能传输完8个通道数据。串行单通道模式下，需要128个SCLK时钟才能传输数据，如果使用DOUTA则依次传输V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8，如果只使用DOUTB，则依次传输V5、V6、V7、V8、V1、V2、V3、V4数据。FPGA一般使用16位并行模式传输数据，且CONVSTA和CONVSTB连接在一起，两组通道同时采样，没有相位差，片选CS和读使能RD短接，这就是最简单的采样方式。当然我这个模块把CONVSTA和CONVSTB短接，因此不能通过程序实现两组通道相位差采集数据了，只能八通道同步采样数据。
本文内容来自对AD7606手册及原理图的分析，需要的可以在公众号后台回复“AD7606手册“（不包括引号）获取手册及模块原理图。
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