外观
八通道 AD 采集模块 用户手册
一、 模块参数
l 模块型号：AN706 ；
l AD 型号：AD7606 ；
l 通道数：8 通道；
l AD 位数：16bit ；
l 最高采样率：200KSPS ；
l 输入电压范围：-5V~+5V ；
l 模块 PCB 层数：4 层，独立的电源层和 GND 层；
l 模块接口：40 针 2.54mm 间距排座，方向向下；
l 工作温度：-40° ~85 ° 模块使用芯片均满足工业级温度范围
l 输入接口：8 路 SMA 接口和 2.54 间距的 16Pin 的排针(每路正负两 Pin) ；
l 测量精度：0.5mV 以内；
二、 模块结构
三、 AD7606简介
AD7606 是一款集成式 8 通道同步采样数据采集系统，片内集成输入放大器、过压保护电路、二阶模拟抗混叠滤波器、模拟多路复用器、 16 位 200 kSPS SAR ADC 和一个数字滤波器, 2.5 V 基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。
AD7606 采用+5V 单电源供电, 可以处理±10V 和±5V 真双极性输入信号, 同时所有通道均以高达 200KSPS 的吞吐速率采样。输入钳位保护电路可以耐受 最高达±16.5V 的电压。
无论以何种采样频率工作, AD7606 的模拟输入阻抗均为 1M 欧姆。它采用单电源工作方式, 具有片内滤波和高输入阻抗, 因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。
AD7606 抗混叠滤波器的 3dB 截至频率为 22kHz; 当采样速率为 200kSPS 时, 它具有 40dB 抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动, 可以改善 信噪比(SNR), 并降低 3dB 带宽。
四、 AD7606功能框图
五、 AD7606时序图
AD7606 可以对所有 8 路的模拟输入通道进行同步采样。当两个 CONVST 引脚(CONVSTA 和 CONVSTB)连在一起时， 所有通道同步采样。此共用 CONVST 信号的上升沿启动对所有模拟输入通道的同步采样(V1 至 V8)。
AD7606 内置一个片内振荡器用于转换 。所有 ADC 通道的转换时间为 tCONV。BUSY 信号告知用户正在进行转换， 因此当施加 CONVST 上升沿时， BUSY 变为逻辑高电平， 在整个转换过程结束时变成低电平。 BUSY 信号下降 沿用来使所有八个采样保持放大器返回跟踪模式。BUSY 下降沿还表示，现在可 以从并行总线 DB[15:0]读取 8 个通道的数据。
六、 AD7606配置
在 AN706 8 通道的 AD 模块硬件电路设计中，我们对 AD7606 的 3 个配置 Pin 脚通过加上拉或下拉电阻来设置 AD7606 的工作模式。
- AD7606 这款芯片支持外部基准电压输入或内部基准电压。如果使用外部基准电压，芯片的REFIN/REFOUT 需要外接一个 2.5V 的基准源。如果使用内部的基准电压。 REFIN/REFOUT引脚为 2.5V 的内部基准电压输出。 REF SELECT 引脚用于选择内部基准电压或外部基准电压。在本模块中，因为考虑到 AD7606 的内部基准电压的精度也非常高（ 2.49V~2.505V) ，所以电路 设计选择使用了内部的基准电压。
| Pin脚名 | 设置电平 | 说明 |
|---|---|---|
| REF SELECT | 高电平 | 使用内部的基准电压 2.5V |
- AD7606 的 AD 转换数据采集可以采用并行模式或者串行模式， 用户可以 通过设置 PAR/SER/BYTE SEL 引脚电平来设置通信的模式。我们在设计的时候，选择并行模式读取 AD7606 的 AD 数据。
| Pin脚名 | 设置电平 | 说明 |
|---|---|---|
| PAR/SER/BYTE SEL | 低电平 | 选择并行接口 |
- AD7606 的 AD 模拟信号的输入范围可以设置为±5V 或者是±10V ，当设置 ± 5V 输 入 范 围 时 ，1LSB=152.58uV ；当 设 置 ± 10V 输 入 范 围 时 ， 1LSB=305.175uV 。用户可以通过设置 RANGE 引脚电平来设置模拟输入电压的范围。我们在设计的时候，选择±5V 的模拟电压输入范围。
| Pin脚名 | 设置电平 | 说明 | |
| RANGE | 低电平 | 模拟信号输入范围选择：±5V | |
- AD7606 内置一个可选的数字一阶 sinc 滤波器，在使用较低吞吐率或需要更高信噪比的应用中，应使用滤波器。数字滤波器的过采样倍率由过采样引脚 OS[2:0]控制。下表提供了用来选择不同过采样倍率的过采样位解码。
在 AN706 模块的硬件设计中, OS[2:0] 已经引到外部的接口中，FPGA 或 CPU 可以通过控制 OS[2:0]的管脚电平来选择是否使用滤波器，以达到更高的测 量精度。
七、 AD7606 AD转换
AD7606 的输出编码方式为二进制补码。所设计的码转换在连续 LSB 整数 的中间(既 1/2LSB 和 3/2LSB)进行。AD7606 的 LSB 大小为 FSR/65536。 AD7606 的理想传递特性如下图所示：
八、 接口定义（ PCB上带方框的引脚为1脚）
| 引脚 | 内容 | 备注 | 引脚 | 内容 | 备注 | |
| 1 | GND | 地 | 2 | VCC | +5V | |
| 3 | OS1 | 过采样选择 | 4 | OS0 | 过采样选择 | |
| 5 | CONVSTAB | 数据转换 | 6 | OS2 | 过采样选择 | |
| 7 | RD | 数据读 | 8 | RESET | 复位 | |
| 9 | BUSY | 数据转换忙 | 10 | CS | 数据读片选 | |
| 11 | 12 | FIRSTDATA | 第一个数据 | |||
| 13 | 14 | |||||
| 15 | DB0 | AD 数据总线 | 16 | DB1 | AD 数据总线 | |
| 17 | DB2 | AD 数据总线 | 18 | DB3 | AD 数据总线 | |
| 19 | DB4 | AD 数据总线 | 20 | DB5 | AD 数据总线 | |
| 21 | DB6 | AD 数据总线 | 22 | DB7 | AD 数据总线 | |
| 23 | DB8 | AD 数据总线 | 24 | DB9 | AD 数据总线 | |
| 25 | DB10 | AD 数据总线 | 26 | DB11 | AD 数据总线 | |
| 27 | DB12 | AD 数据总线 | 28 | DB13 | AD 数据总线 | |
| 29 | DB14 | AD 数据总线 | 30 | DB15 | AD 数据总线 | |
| 31 | 32 | |||||
| 33 | 34 | |||||
| 35 | 36 | |||||
| 37 | GND | 地 | 38 | GND | 地 | |
| 39 | D3V3 | 3.3V | 40 | D3V3 | 3.3V | |
九、 AD实验操作步骤
首先，将 AD 模块与 FPGA 黑金开发板的 34 针标准扩展口相连接（在开发 板断电情况下）。
将您的信号源与 AD 输入接口相连（注： AD 口输入范围：-5V~+5V）。
利用 Quartus II 或 ISE 软件，将程序下载到 FPGA 中（测试程序在我们论坛 中可以下载）。
打开串口调试助手工具，设置串口的通信波特率如下。
- 串口通信里会出现 AN706 AD 模块的8路信号输入的电压值。（因为8路数 据在串口调试助手的一行中显示，我们需要把界面拉大一些。
以上的数据为8路没有信号输入的数据，因为 AD 信号输入处于悬空的状态， AD 转换输出的数据为 1.75V 左右。
示例 ：如果我们把通道1的输入和 AN706 模块上的 3.3V 测试针用杜邦线相 连来测试模块上 3.3V 的电压。
这时串口界面上显示 AD1 的测量数据为+3.3074 左右。
十、 AD 测量精度
通过外加电压和高精度的电压表的测量比较，AD706 的实际测量精度在- 5V~+5V电压输入范围之内高达 0.5mV 以内。
下表为我们8个通道对四个模拟电压的测试结果， 第一列基准电压为高精 度数字万用表测量的数据，后面8列为 AN706 的 AD 模块测量的结果。
在本测试例程，尚未使用过采样倍率使能过滤器来提高 AD 的精度，对于想 进一步提高采样的精度的用户而对采样的速度要求不高的情况下，可以在程序里 采用设置过采样倍率的方法。
十一、 AD 测试程序说明
以下为对 AD 测试程序中的每个 verilog 程序的思路说简单的说明, 用户也 可以具体参考代码里的备注说明来理解。
- 顶层程序：ad706_test.v
定义 FPGA 和 AN706 模块及串口接收发送的信号输入输出，实例化3个子 程序(ad7606.v, volt_cal.v 和 uart.v) 。
- AD 数据采集程序：ad7606.v
根据 AD7606 的时序， 采样 8 路模拟信号 AD 转换后的 16bit 的数据。程 序先发送 CONVSTAB 信号给 AD7606 启动 AD 数据转换，等待 Busy 信号为低 后依次读取 AD 通道 1 到通道 1 的数据。
- AD 数据的电压转换程序 ：volt_cal.v
程序把从 ad7606.v 采集来的 16bit 的数据， Bit[15]转换为正负符号 ， Bit[14:0]先通过以下的公式转换成电压值，再把十六进制的电压值转换成 20 位 BCD 码。
AD 电压换算(1 LSB） = 5V / 32758 = 0.15mV
- 串口发送程序：uart.v
定时通过 uart 发送 8 路的电压数据到 PC, 串口的发送时钟通过 50Mhz 的 分频得到，发送的波特率为 9600bps。