24位高性能模数转换器ME9620应用经验与总结

ME9620是微盟电子推出的一款适合宽带宽应用的24位、144kSPS的8通道同步采样工业Δ-Σ ADC。

传统的具有较高漂移性能的工业Δ-Σ ADC采用导通带宽下降幅度很大的数字滤波器，来尽可能满足DC测量需求的有限信号带宽。而针对音频应用的高分辨率ADC虽能够提供更大的可用带宽，但偏移与漂移指标远低于工业ADC的需求。ME9620将两种类型的转换器相结合，实现优良的DC与AC规范的高精度工业测量。

ME9620内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现4／8通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式。ME9620可通过设置相应的输入／输出引脚选择工作模式，无需寄存器的编程，其数据输出可选串行SPI或FRAME-SYNC接口，便于连接至DSP、FPGA及微控制器。每个接口均支持菊花链，可满足要求严格的多通道信号采集应用，如振动分析、医疗监控、声学系统、动态应变测量及压力测量设备等。

01

供电电源

ME9620需要3个供电电源：

模拟电源电压AVDD: 4.5~5.5V

数字电源电压DVDD: 1.65~1.95V

I/O供电电压IOVDD: 2.7V~3.6V

建议每个电源引脚处均需放置一个10uF钽电容和0.1uF陶瓷电容。ME9620严格要求电源稳定，不可与其它易造成电源不稳定的器件共用电源。

02

模拟信号与参考电压输入

ME9620的8个ADC通道支持差分信号输入。为了不发生溢出，请保证差分输入范围不大于参考电压范围。输入信号的共模理论上支持从0到AVDD电平的范围，但为了尽可能发挥ADC的性能，同时可以提高信号幅度，建议将输入共模配置在AVDD/2附近的电平。
    芯片输出的VCOM信号作为ADC内部工作的共模电平，需要外置稳压电容保证其电压稳定，可在片外连接一个缓冲器后的输出作为ME9620输入差分信号的共模电平使用，以保证芯片内外信号电路共模的一致性。
    为了简化应用，建议VREFN连接到AGND。为了保证ADC性能不受参考源的影响，应用时需要在片外通过一个高精度低噪声稳压参考源产生VREFP电压，并在VREFP与VREFN管脚两端挂接1uF以上量级的稳压陶瓷电容。

03

工作模式设置

ME9620共有4种工作模式供选择，由MODE[1:0]引脚控制决定。

04

时钟输入

ME9620必须有时钟输入才能运行。外部时钟频率(fCLK)的选择不会影响其分辨率。
    当为高速模式时，fCLK最大可为37MHz，其他三种模式时，最大输入时钟为27MHz。且当fCLK>27MHz时，只能采用FRAME-SYNC方式读取数据。
    ME9620的数据输出率与fCLK具有固定的比例关系，且低功耗、低速模式下，CLKDIV能够对fCLK分频。另外两种模式下，CLKDIV必须为1，具体关系如下表所示：

05

输出方式设置

转换后的数据输出采用串行接口，可采用两种接口协议：SPI协议或FRAME-SYNC协议，同时也可选择不同的数据输出格式（TDM/离散、固定/动态数据位置）。协议和数据输出格式的选择是由引脚FORFMAT[2：0]控制，如下表所示：

数据对应SPI和FRAME-SYNC接口协议，或者通过各自的通道DOUT引脚以并行数据格式（离散模式）移位输出，或者所有通道的数据以串行格式通过公共引脚DOUT1（TDM 模式）移位输出。

TDM表示8个通道数据全部由DUOT1输出，CH1在前，CH8在后。此时若数据位置为“动态”则表示：若某通道关闭，则该通道仍然输出，输出数据为0；若数据位置为“固定”，则如果某通道关闭，该通道不输出，直接输出下一通道数据。

06

数据格式

ME9620输出数据位宽为24位，正满量程为7FFFFFh，负满量程为800000h，理想输出码与输入信号关系如下表所示：

07

同步

ME9620可以通过将引脚拉低后，再将引脚返回高电平来实现同步。当引脚变为低电平时，转换过程停止。当引脚返回高电平时，转换过程重新开始。由于ME9620转换器以相同的主时钟并行运行并使用相同的输入控制，因此它们始终相互同步。但是，多个器件的同步有些不同。在器件上电时，器件之间内部复位的变化可能会导致转换时序的不确定性。
    无论接口协议是SPI还是FRAME-SYNC，建议使用来同步所有器件。

08

菊花链

多个ME9620可以以菊花链方式连接在一起，以在单个引脚上输出数据。一个器件的DOUT1 数据输出引脚连接到下一个器件的DIN，如下图所示。

以这种方式进行菊花链连接的最大通道数受fSCLK频率、模式选择和CLKDIV的限制。fSCLK的频率必须足够高，以能够在一个fDATA周期内将数据从所有通道中完全移出。下表列出了fSCLK = fCLK时菊花链通道的最大数量。

09

电路设计注意事项

进行ME9620设计时，请注意下列事项：
1)AGND和DGND可以使用同一个地平面。
2)数字输入脚需要串接50Ω电阻，并放置在数字驱动源末端（靠近ME9620）。
3)模拟电路（输入脚）走线必须远离数字电路（输入脚）并防止产生走线交叉。
4)模拟信号参考端接10uF和0.1uF电容。
5)模拟信号输入端必须接驱动，PCB走线短而直，且远离数字信号线。AINP和AINN之间需接1~10nF电容。
6)电源、模拟输入、参考输入的去耦电容必须尽可能的靠近ME9620。
7)时钟线越短越好，且末端接50Ω电阻。要求晶振必须稳定。

审核编辑：黄飞