AD7705BRZ-REEL 16-Bit Σ-Δ ADC: غوطه عمیق فنی و نمونه های کاربردی

^{20 سپتامبر 2025 اخبار با افزایش تقاضا برای دقت پردازش سیگنال در الکترونیک خودرو و دستگاه های قابل حمل،تبدیل کننده های آنالوگ به دیجیتال با وضوح بالا (ADC) در حال تبدیل شدن به اجزای اصلی سیستم های اندازه گیری دقیق هستند. AD7705BRZ-REEL از دستگاه های آنالوگ Inc، با دقت 16 بیتی بدون کد گمشده، مصرف انرژی پایین و ادغام بالا،ارائه راه حل های بسیار قابل اعتماد برای جمع آوری داده ها برای نظارت بر سنسورهای داخل خودرو، کنترل فرآیند صنعتی، و ابزارهای قابل حمل.}

^{I. معرفی تراشه: AD7705BRZ-REEL
AD7705BRZ-REEL یک ADC 16 بیتی با قدرت کم است که به طور خاص برای اندازه گیری سیگنال های آنالوگ فرکانس پایین طراحی شده است.به طور مستقیم سیگنال های ضعیف را از سنسورها بدون نیاز به مدارهای پیچیده ی کنترل خارجی دیجیتالی می کند، طراحی سیستم را به طور قابل توجهی ساده می کند و هزینه های کلی را کاهش می دهد.}

۲. تجزیه و تحلیل نمودار بلوک عملکردی

جزئیات ماژول عملکردی اصلی

^{1. فرنت ايند آنالوگ}

^{مولتی پلکسر (MUX): مسئول انتخاب کانال ورودی است. AD7705 دارای دو کانال کاملاً تفاضلی است.MUX انتخاب می کند که کدام جفت ورودی (AIN1+/AIN1- یا AIN2+/AIN2-) را بر اساس ثبت پیکربندی به مدار بعدی هدایت کند..}

^{تقویت کننده افزونه قابل برنامه ریزی (PGA): سیگنال آنالوگ ضعیف انتخاب شده را تقویت می کند (به عنوان مثال از ترموپول ها یا سلول های بار).افزایش می تواند از 1 تا 128 برنامه ریزی شده برای پذیرش سیگنال های ورودی با عظمت های مختلف.}

^{مدولاتور Σ-Δ: این هسته ای از ADC با دقت بالا است. آن ولتاژ آنالوگ تقویت شده را به یک جریان بیت با سرعت بالا تبدیل می کند (1-Bit Stream) که از 1s و 0s تشکیل شده است.تراکم "1"s در این جریان متناسب با ارزش متوسط ولتاژ ورودی است.}

بخش پردازش دیجیتال

^{فیلتر دیجیتال: جریان 1 بیتی را به کد دیجیتال 16 بیتی تبدیل می کند، سرعت خروجی و رد خط برق را کنترل می کند
منطق کنترل: دستورات MCU را از طریق پورت سریال دریافت می کند، حالت های عملیاتی را پیکربندی می کند و تنظیمات ثبت را ذخیره می کند
مدار ساعت: نیاز به کریستال خارجی برای ارائه ساعت استاد}

^{رابط و کنترل}

^{رابط سریال (متوافق با SPI): شامل چیپ انتخاب (CS) ، ساعت سریال (SCLK) ، ورودی داده (DIN) و خروجی داده (DOUT) پین برای ارتباطات MCU است.همچنین دارای یک پین خروجی آماده داده (DRDY) برای نشان دادن زمانی که داده های تبدیل جدید برای خواندن در دسترس است.}

^{تنظیم مجدد (RESET): پین تنظیم مجدد سخت افزاری که برای بازگرداندن تراشه به حالت پیش فرض روشن شدن استفاده می شود.}

^{خلاصه جریان سیگنال}

^{مسیر سیگنال آنالوگ: سیگنال سنسور خارجی → MUX → PGA → ماژولار Σ-Δ (به جریان دیجیتال 1 بیت تبدیل شده است)}

^{مسیر سیگنال دیجیتال: جریان 1 بیتی → فیلتر دیجیتال (به داده های 16 بیتی تبدیل شده) → منطق کنترل → خروجی به MCU از طریق رابط سریال}

^{III. پیکربندی پین و توصیف عملکردی}

^{ملاحظات مهم:}

^{1پین های برق: VDD (برآمدگی مثبت، +3V تا +5.25V) و GND معمولا در سمت یا پایین بسته قرار دارند و به طور مستقیم در نمای بالا 2D برچسب گذاری نشده اند.اما باید به درستی در طول طرح PCB متصل شود.}

^{2پین داده های سریالی: DIN (ادخال داده ها) ، DOUT (خروج داده ها) و DRDY (داده آماده، خروجی) پین های ارتباطی حیاتی هستند.این نیز به طور مستقیم در نمای بالا دیده نمی شود و نیاز به مرجع به نمودار کامل پینوت در ورق دادهدر بسته SOIC 16 پین واقعی، این پین ها در طرف مقابل قرار دارند.}

^{3ولتاژ مرجع: کیفیت ولتاژ مرجع بر روی پین های REF IN ((+) و REF IN ((-) به طور مستقیم دقت تبدیل ADC را تعیین می کند و باید از یک منبع مرجع پایدار و کم سر و صدا استفاده کند.}

IV. توصیف نمودار اتصال اساسی

^{نمودار زیر به وضوح اتصال های مدار کاربردی معمول برای 16 بیتی کم مصرف ADC7705BRZ-REEL را نشان می دهد.این مدار نشان دهنده حداقل پیکربندی سیستم مورد نیاز برای عملکرد مناسب تراشه استاز جمله اجزای ضروری خارجی مانند منبع برق، ولتاژ مرجع، منبع ساعت، ورودی های آنالوگ و رابط دیجیتال.}

توضیحات اتصال هسته ای:

^{1برق و جدا کردن}

^{از یک منبع برق آنالوگ 5 ولت با خازن های موازی 10μF و 0.1μF برای جدا کردن برای اطمینان از قدرت تمیز و پایدار استفاده می کند.}

^{2ولتاژ مرجع}

^{به یک منبع مرجع خارجی با دقت بالا (به عنوان مثال AD780) برای ارائه ولتاژ مرجع متکی است که عملکرد آن مستقیماً دقت مطلق نتایج تبدیل را تعیین می کند.}

^{3. منبع ساعت}

^{یک کریستال خارجی متصل به پین های MCLK IN و MCLK OUT یک ساعت استاد پایدار برای کنورتر را فراهم می کند.}

^{4ورودی آنالوگ}

^{از اتصال ورودی دیفرانسیل پشتیبانی می کند تا به طور موثر سر و صدای حالت مشترک را سرکوب کند و آن را برای اتصال سنسورهای مختلف مناسب می کند.}

^{5رابط دیجیتال}

^{از یک رابط سازگار با SPI (SCLK ، CS ، DIN ، DOUT) برای برقراری ارتباط با میکروکنترلر استفاده می کند. پین DRDY به عنوان یک سیگنال وضعیت عمل می کند و به طور موثر آمادگی داده ها را نشان می دهد.RESET:پین تنظیم مجدد سخت افزار برای بازگرداندن تراشه به حالت پیش فرض قدرت آن استفاده می شود.}

^{خلاصه:
این نمودار اتصال اساسی بر مزیت اصلی AD7705BRZ-REEL به عنوان یک ADC بسیار یکپارچه تاکید می کند: حداقل مدارهای خارجی. طراحان فقط نیاز به تأمین یک منبع برق پایدار دارند.ولتاژ مرجع، و ساعت برای ساخت یک سیستم جمع آوری داده با دقت بالا قادر به پردازش مستقیم سیگنال های سنسور ضعیف است.اتصال درست و اجزای خارجی با کیفیت بالا برای تحقق کامل عملکرد 16 بیتی آن ضروری است.}

V. کاربرد اندازه گیری دمای RTD PT100 با دقت بالا (تعداد ۴ سیم)

^{این نمودار یک کاربرد معمولی از AD7705 را در یک مدار اندازه گیری دمای PT100 RTD 4 سیم با دقت بالا نشان می دهد.طراحی استفاده از اصل اندازه گیری راشیومتریک و روش اتصال 4 سیم به طور موثر برای از بین بردن تاثیر مقاومت سرب، به دست آوردن دقت اندازه گیری بسیار بالا.}

^{اصول اصلی طراحی: اندازه گیری نسبت سنجی}

^{منبع هیجان:از یک منبع جریان ثابت 400μA برای تحریک RTD PT100 استفاده می کند.}

^{ولتاژ مرجع:همان منبع جریان از طریق یک مقاومت 6.25kΩ با ضریب دمای پایین جریان دارد تا ولتاژ مرجع را تولید کندVREF}

^{ولتاژ سیگنال:افت ولتاژVRTDتولید شده توسط منبع جریان در سراسر PT100 به عنوان سیگنال ورودی آنالوگ عمل می کند.}

مزیت نسبت سنجی:از آنجایی که هر دو ولتاژ ورودیVRTDو ولتاژ مرجعVREFاز همان منبع جریان تولید می شوند، کد خروجی ADC فقط به نسبت مقاومت بین PT100 و مقاومت 6.25 kΩ بستگی دارد:

کد √VREF VRTD =I×RREF I×RRTD =6.25kΩRRTD
 

بنابراین هر گونه نوسانات جزئی در جریان تحریک به طور همزمان در هر دو شمارنده و ناشر لغو می شود،به طور اساسی از بین بردن تاثیر دقت منبع فعلی و حرکت بر نتایج اندازه گیری.

^{اتصال چهار سیم و حذف مقاومت سرب}
 

^{جدايي خط نيروي و خط حس:}

^{RL1 و RL4 سیم های تحریک هستند که جریان 400μA را حمل می کنند، که باعث کاهش ولتاژ می شود. با این حال، این کاهش به عنوان ولتاژ حالت مشترک آشکار می شود.}

^{RL2 و RL3 سیم های حسی هستند که به طور مستقیم به ورودی های مقاومت بالا AD7705 متصل می شوند. از آنجا که جریان ورودی ADC بسیار کم است (معمولا در محدوده نانو آمپر) ،کاهش ولتاژ در RL2 و RL3 ناچیز است.}

^{نتیجه:AD7705 ولتاژ واقعی را در سراسر RTD خود اندازه گیری می کند (V_RTD) از طریق کانال ورودی دیفرانسیل خود که به طور کامل تحت تاثیر مقاومت های سرب RL1 تا RL4 باقی می ماند.}

^{پارامترهای کلیدی طراحی و ملاحظات}

^{مقاومت مرجع:
مقاومت 6.25 kΩ باید مقاومت دقیقی با ضریب دمای پایین (مانند 5 ppm/°C یا بهتر) باشد.از آنجا که ثبات آن مستقیماً ثبات ولتاژ مرجع را تعیین می کند (V_REF) و برای دقت سیستم حیاتی است.}

^{استفاده از بافر:
با توجه به مقاومت منبع پایین RTD ، معمولاً نیازی به فعال کردن بافر ورودی داخلی AD7705 نیست. اگر فعال کردن بافر ضروری باشد (به عنوان مثال برای افزایش ایمنی RF) ،یک مقاومت باید بین نقطه حس RTD و زمین آنالوگ AD7705 متصل شود تا محدوده ولتاژ حالت مشترک را تنظیم کند..}

^{ولتاژ حالت عادی:
طراحی باید تضمین کند که ولتاژ حالت مشترک تولید شده توسط V_RTD و V_REF در محدوده کار مشخص شده AD7705 باقی بماند.}

^{مزایای ارائه شده توسط AD7705
این برنامه به طور کامل از نقاط قوت AD7705 استفاده می کند: مقاومت ورودی بالا آن حس دقیق را تضمین می کند، PGA با وضوح بالا به طور مستقیم سیگنال های دقیقه ای را تقویت می کند،و فیلتر دیجیتال استثنایی آن صداهای محیطی را سرکوب می کنددر ترکیب با روش اندازه گیری نسبت چهار سیم، یک راه حل بسیار پایدار و قابل اعتماد برای اندازه گیری دمای را تشکیل می دهد که نیازی به کالیبراسیون پیچیده ندارد.که آن را برای کنترل صنعتی و ابزار آزمایشگاهی مناسب می کند.}

VI.گرافیک مدار کاربرد فرستنده هوشمند

^{این نمودار نشان دهنده AD7705 است که به عنوان ADC اصلی در یک سیستم فرستنده هوشمند کلاسیک 4-20mA برای کاربردهای صنعتی عمل می کند.سیستم به سمت میدان (سینسور) و سمت کنترل توسط یک مانع عایق بندی برای اطمینان از ایمنی تقسیم می شود.}

^{معماری سیستم و جریان سیگنال}

^{به دست آوردن و پردازش در سمت میدان
یک ADC با دقت بالا به طور مستقیم با سنسور ارتباط برقرار می کند، سیگنال های آنالوگ را به داده های دیجیتال تبدیل می کند. یک میکروکنترلر این داده ها را دریافت می کند، محاسبه و کالیبراسیون را انجام می دهد،و پروتکل HART را برای فعال کردن ارتباطات هوشمند ادغام می کند.}

^{انتقال جدا شده برای ایمنی
سیگنال ها از طریق یک موانع عایق بندی از نظر الکتریکی جدا شده اند، که جداسازی ایمن بین طرف میدان و طرف کنترل را تضمین می کند.سيگنال هاي ديجيتالي از طريق اجزاي جدا کننده از مانع منتقل مي شوند.}

^{خروجی کنترلی و منبع برق
یک DAC اختصاصی که با حلقه کار می کند، سیگنال دیجیتال پردازش شده را به یک خروجی فعلی 4 ¢ 20 mA تبدیل می کند. همچنین از ولتاژ حلقه برای تغذیه مدار های جلوی پایان استفاده می کند.که یک سیستم دو سیم کامل را تشکیل می دهد.}

^{معماری سیستم و توابع اصلی}

^{این سیستم شامل یک طرف میدان (از جمله AD7705 و MCU) و یک طرف کنترل (از جمله AD421) ، با یک موانع عایق در میان برای ارائه عایق الکتریکی و اطمینان از ایمنی است.AD7705 مسئول تبدیل سیگنال های سنسور به داده های دیجیتال با دقت بالا استMCU پردازش هوشمند (مانند محاسبات PID و ارتباطات پروتکل HART) را انجام می دهد.و AD421 نتایج دیجیتالی را به یک خروجی استاندارد 4-20mA تبدیل می کند در حالی که همچنین قدرت را به مدارهای جلو ارائه می دهد.}

^{نقش اصلی در طراحی}

^{1دقت بالا:
عملکرد 16 بیتی بدون کد گمشده دقت اندازه گیری را تضمین می کند.}

^{2مصرف برق کم:
مصرف انرژی بسیار کم آن را برای برنامه های کاربردی با بودجه قدرت سخت مانند سیستم های 4-20mA loop-powered ایده آل می کند.}

^{3.PGA یکپارچه:
سیگنال های سنسور کوچک را به طور مستقیم تقویت می کند، طراحی جلو را ساده می کند.}

^{خلاصه:این مدار نشان دهنده یک طراحی کلاسیک در زمینه اندازه گیری صنعتی است. AD7705 پردازش آنالوگ به دیجیتال با دقت بالا را انجام می دهد، MCU پردازش هوشمند را امکان پذیر می کند،و AD421 تبدیل دیجیتال به جریان را با منبع تغذیه حلقه انجام می دهد. با هم، آنها یک راه حل قابل اعتماد، هوشمند و امن جدا از فرستنده دو سیم را تشکیل می دهند.}

^{برای خرید و یا اطلاعات بیشتر در مورد محصول، لطفا با شماره تماس بگیرید:86-0775-13434437778}

^{یا به وب سایت رسمی مراجعه کنید:https://mao.ecer.com/test/icsmodules.com/برای اطلاعات بیشتر به صفحه محصول ECER مراجعه کنید: [链接]}