ADS8361在DSP数据采集系统中的应用

2013-06-08何希盈吴有俊邹建陈觉之宋永君

船电技术 2013年8期

何希盈，吴有俊，邹建，陈觉之，宋永君

（海军指挥学院信息战研究系，南京211800）

0 引言

水声数据采集系统需要长期工作于水下，多数系统都采用电池供电。因此系统的体积、功耗、数据处理能力就成为重要的技术指标。将矢量水听器、数字信号处理器（DSP）、模数转换器（ADC）、CF卡等技术结合起来可以构建一个海洋环境噪声采集系统。在采集系统中，模数转换器（ADC）是最重要、最关键的核心器件之一。ADC的任务是将一个连续的模拟输入信号（通常为电压）用一个数字化的值来表示，以便于进一步处理和记录，它的性能直接影响到整个数据采集系统的技术指标。选取ADC芯片进行模数转换时，需要考虑它的采样频率、有效位数、动态范围、信噪比以及接口方式等性能指标[1]。

1 AD器件的选择

1.1 硬件系统

为用于水下声信号的数据采集，设计了一个DSP采集系统，其原理框图如图1所示。该采集系统由模拟处理板、数字板、磁罗经、电源和矢量水听器组成。其中AD器件选择了TI公司生产的ADS8361[2]，这是一款最高采样速率为500ksps的16位双路模数转换器（ADC）。该转换器具有4个全差分输入通道，两两一对，可以分别连接到独立的转换器上，以实现双路高速信号同步采集。采样保持放大器的输入端是全差分的，ADC的输入端也保持为全差分。这使该A/D具有卓越的共模抑制能力：在500 kHz时为80dB，具有极强的抗干扰能力，特别适合高噪声的应用场合。ADS8361提供了高速，双串行接口和控制信号输入，可以有效的减少软件开销。每一路输出数据都是有效的16bit字。ADS8361基本电路配置图如图2所示。

2 接口设计

本数据采集的设计中主芯片用TI公司生产的TMS320C5509A，该款芯片提供了三个高速、全双工、多通道缓冲串行接口McBSP，它是在缓冲串口的基础上发展起来的，其硬件部分基于标准串行接口。设计中采用McBSP实现与ADC的接口[3]，如图3所示。

图1 DSP数据采集系统原理框图

ADS8361可以配置为四种工作模式。通过设置三个管脚电平状态M0，M1，A0来配置工作模式，如表1所示。

由于传感器为四路模拟信号输出，所以ADS8361采用四路差分输入，即正极性的四个管脚（CHA0+、CHA1+、CHB0+、CHB0+）接传感器的四路模拟输入，其它不用的负极性输入管脚接参考电压输出。设计中ADS8361与DSP的多通道缓冲串口1（McBSP1）相连。McBSP1配置为同步串口。ADS8361采用SSOP-24封装。CS#引脚是ADS8361的片选，设计中接低电平，即ADC总是处于被选中状态。M1，M0，A0引脚用于选择采样通道和数据通道，设计中分别接高电平、高电平和低电平。根据表1中，可以看出此时ADC的A通道有效，4路串行输出。RD引脚为读取数据通道，CONVST引脚是A/D转换脉冲，这两个管脚与McBSP1的FSX1相连，由DSP通过帧同步控制A/D转换及数据读取。CLOCK引脚用于输入采样时钟，由DSP通过CLKX1管脚提供。如图3所示。

表1 ADS8361工作模式配置

ADS8361的工作时钟最大值为10MHz，高电平和低电平至少各40 ns。

3 软件设计及具体实现

ADS8361与DSP的McBSP1连接，应将McBSP1配置成同步串口。通过配置McBSP1的各个寄存器，我们可以设定ADS8361的工作参数，例如采样率。各寄存器配置好之后，打开McBSP1，当ADS8361一路模拟信号转换完成之后，ADC输出的数据到达McBSP1触发ADC数据中断，此时可以读出DRR1及DRR2中的一个ADC采样数据，CPU响应中断读出数据之后进入等待循环模块。下一个ADC数据中断的到来之后重复以前的操作。ADC数据采集软件流程图如图4所示[4]。

图4 ADC数据采集软件流程图

4 ADC电路的调试

高精度采集系统的关键是ADC的有效位数。ADS8361的动态输入范围为±2.5 V，每个量化单位对应0.076 mV，因此应当设法降低噪声和干扰。噪声的来源主要有两种[5]：一种是ADC自身的噪声如量化噪声等，另一种是周围电路产生的噪声干扰。前者是ADC固有的，后者的大小远远超过前者，特别是电源、模拟与数字电路之间的相互干扰。ADS8361的差分输入方式大大降低了共模干扰，在设计中要考虑如何在电路中减少其它噪声和干扰。