摘 要：針對(duì)MS16E020 A/D轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)對(duì)其采用外部基準(zhǔn)源REF5025和MAX6325進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析了兩種基準(zhǔn)源在性能、精度、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)劣。測(cè)試結(jié)果表明，MAX6325基準(zhǔn)源表現(xiàn)出更好的性能和穩(wěn)定性，為工程師在選擇外部基準(zhǔn)源時(shí)提供了有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換芯片；MS16E020；REF5025；MAX6325

中圖分類(lèi)號(hào)：TN606" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）09-0021-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.09.005

0" " 引言

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度決定了采集系統(tǒng)的速度和精度，通常采用SAR型A/D轉(zhuǎn)換。SAR型A/D轉(zhuǎn)換器通常具有中等的精度和中高分辨率，分辨率一般為8到18位，采樣速率一般低于10 MHz。SAR型A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)如下：第一，目前的SAR型A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部都采用CMOS工藝的電容矩陣方式，這種芯片的功耗比較低，體積比較??；第二，SAR型A/D內(nèi)部通常具有采樣保持器，它可以維持采樣電壓直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，且其轉(zhuǎn)換速率很快；第三，相對(duì)于流水線型結(jié)構(gòu)和Δ-∑型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其采樣到轉(zhuǎn)換的延時(shí)極?。坏谒?，它的外圍器件也較少。

本文采用的是成都銘科思微公司推出的具有16位測(cè)量精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片MS16E020，其具有8路輸入通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間5 μs，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口和串行接口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。

MS16E020芯片[1]是多量程（±10 V，±5 V，0～10 V，0～5 V）、8通道、16位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式，提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口和串行接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用作16位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。新型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片MS16E020與一般A/D轉(zhuǎn)換器芯片相比，具有極高的性能價(jià)格比，僅需單一電源供電，且外圍電路簡(jiǎn)單，極大地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

在實(shí)際應(yīng)用中，A/D轉(zhuǎn)換芯片MS16E020的性能很大程度上取決于其外部基準(zhǔn)源的性能。本文選取了兩種常用的外部基準(zhǔn)源——REF5025和MAX6325，對(duì)MS16E020進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析其在精度、穩(wěn)定性和其他性能方面的差異。

1" " 測(cè)試原理與方法

測(cè)試電路：采用MS16E020 A/D轉(zhuǎn)換芯片，分別使用REF5025和MAX6325作為外部基準(zhǔn)源，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。電路采用STM32作為控制器，控制MS16E020芯片完成轉(zhuǎn)換功能，并通過(guò)USB接口連接至電腦用于采集數(shù)據(jù)，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)同軸線纜連接至信號(hào)源用于提供測(cè)試電壓，同時(shí)在后端將MUX后級(jí)信號(hào)連接至校準(zhǔn)用萬(wàn)用表，用于獲取真實(shí)的待測(cè)電壓值。測(cè)試電路如圖1所示，按此電路結(jié)構(gòu)搭建好測(cè)試環(huán)境，將整個(gè)測(cè)試板卡置于高低溫箱內(nèi)。

通過(guò)對(duì)比兩種基準(zhǔn)源下的轉(zhuǎn)換結(jié)果，分析其在性能上的差異。

測(cè)試過(guò)程如下：

1）按照以上電路結(jié)構(gòu)，搭建好測(cè)試系統(tǒng)；

2）開(kāi)啟溫箱，將溫度設(shè)置至-50 ℃，在溫度到達(dá)預(yù)設(shè)值后，保持10 min；

3）對(duì)ADC執(zhí)行采集操作，使用PC控制板卡采集8個(gè)通道的512個(gè)點(diǎn)求平均值并記錄；

4）以10 ℃為步進(jìn)，設(shè)置下一個(gè)溫度點(diǎn)開(kāi)始逐步升溫，溫度到達(dá)預(yù)設(shè)值后，等待5 min，使用PC控制板卡采集8個(gè)通道的512個(gè)點(diǎn)求平均值并記錄；

5）重復(fù)步驟4）直至完成所有溫度點(diǎn)的測(cè)量記錄。

注：從MUX前級(jí)輸入的信號(hào)，經(jīng)過(guò)MUX和運(yùn)放放大后，到達(dá)運(yùn)放的實(shí)際值和校準(zhǔn)計(jì)算值差異小于200 μV。

2" " 測(cè)試結(jié)果與分析

MS16E020+REF5025全溫度測(cè)試結(jié)果如表1所示，測(cè)試結(jié)果曲線如圖2所示；MS16E020+MAX6325全溫度測(cè)試結(jié)果如表2所示，測(cè)試結(jié)果曲線如圖3所示。

測(cè)試結(jié)果分析：通過(guò)對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)MAX6325基準(zhǔn)源下的MS16E020轉(zhuǎn)換精度略高于REF5025基準(zhǔn)源，與手冊(cè)一致[2-3]。REF5025和MAX6325部分手冊(cè)截圖如圖4、圖5所示。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，MAX6325基準(zhǔn)源在精度和穩(wěn)定性方面略優(yōu)于REF5025基準(zhǔn)源。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，還需綜合考慮性能、成本、可靠性等因素，根據(jù)具體情況選擇合適的基準(zhǔn)源。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 成都銘科思微電子技術(shù)有限責(zé)任公司.MS16E020數(shù)據(jù)手冊(cè)[Z].

[2] TEXAS INSTRUMENTS. REF5025 Data Sheet[Z].

[3] ANALO GDEVICES， INC. MAX6325 Data Sheet[Z].

收稿日期：2024-01-18

作者簡(jiǎn)介：李淵博（1999—），男，陜西人，助理工程師，研究方向：元器件選用。