搜索
发新帖本帖赏金 150.00元(功能说明)我要提问
返回列表

[其他] 国产芯片也能玩的666,高性价比ADS8688给你崭新试界

[复制链接]
4217|8
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
13426257085|  楼主 | 2021-9-2 16:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
#申请原创#
项目中的国产AD芯片替换
我公司在2019年开始着手国产AD芯片元器件的替代工作,国产化已成为客户的强制要求,公司开始正式进行。全公司开始调研一些国产的元器件寻求国产替代。当时我们用的还是ADI公司的芯片ADS8688,这个芯片在工业控制领域使用非常广泛。自带8路通道,且可以同步采样,采样也达到了500K的速度,分辨率为16位,可以达到比较高的采样精度。
经过调研,发现市场上国产的AD芯片公司有芯海科技,晶华微,芯佰微,圣邦微,重庆中电24所,云芯微,上海贝岭等等。
因为我们公司用的是16通道同步采样的芯片,自带二阶有源低通滤波,如果单纯要PIN-TO-PIN替换,这样最省事,直接把精力放在软件移植上就可以。结果调研发现,在这个AD芯片上,没有任何可原位替代实现的可能性。因为AD芯片牵扯到数模混合电路,相对来说模拟电路比数字电路难度要高一个档次,这也是国外模拟电路工程师薪水非常高的原因。国内顶级的模拟电路设计比国外还是差好几个档次,特别是针对一些高速的模数转换芯片,国内还无法实现功能替换。不过随着时间的推移,国内的AD芯片设计水平和制造水平也越来越提升,相信不久的将来能赶上国外。国内的中低端AD芯片供应选择面还是比较大的,可以满足普通用户的需求。
我公司原来采用的ADS8688内部框图如下:
1.png
可以看到,8个通道的输入端为1M欧的高输入阻抗,这样模拟前端不用再通过电压跟随器之类的放大器进行阻抗变换,简化了电路设计。OVP是输入过电压保护电路,对芯片进行了一定程度的保护,如浪涌、ESD、EFT等。再往后是PGA电路,即可编程增益放大器,其优点是可动态的调节输入电压范围,使得信号源的电压幅值最大化的落入合适的电压输入范围等级,提高信号采集的精度。为了抑制电路中的噪声,芯片内部采用了二阶低通滤波电路。后端ADC驱动器本质上是一个放大缓冲器,可满足采样的高速性。Multiplexer即是一个多路开关MUX,具备自动扫描和手动扫描两种模式。MUX的输出由16位逐次逼近型AD转换器进行采样。芯片本身可用内部电压参考源或外部电压参考源两种模式。相对来说,如果要求精度高的话,最好配备低纹波噪声的外部电压基准源。芯片通过SPI总线与CPU进行通信,把采样到的数据送给CPU进行处理,支持菊花链拓扑的SPI标准接口协议。
ADS8688芯片优点一目了然,但既然PIN-TO-PIN替换无法实现,考虑进行功能级替换。最开始我司考虑的是重庆中电24所的一款芯片SAD7656EN。其内部功能框图为:
2.png
可以看到,这款芯片是6通道16位SAR AD转换器,但没有内置低通滤波器,支持数据串行输出。手册上写的是该芯片可原位替代国外芯片AD7656,但经过与24所技术人员沟通,发现首次与实际对应不上。此芯片手册上虽然写的支持两种电压输入范围,其实只支持一种电压范围。另外,关于串行总线输出的时序配置上,也与AD7656存在差异之处。最让用户感到头大的是一个芯片的价格为12000元,还是经过771所总师系统内沟通后的打折价,我司最终难以接受,开始寻找其他芯片供应厂商。
经过多方位寻找,最后锁定一个公司的芯片,北京核芯互联科技有限公司。型号是CALD16200K8,与技术人员沟通,发现兼容的是ADI公司AD7606芯片。其内部框图如下。
3.png
可以看到,其内部框图与ADS8688功能上非常接近。CLAD16200K8是8通道同步采样模数数据采集系统(DAS),内置二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。
CLAD16200K8采用5V单电源供电,可以处理±10V和±5V真双极性输入信号,同时所有通道均能以高达200kSPS的吞吐速率采样。CLAD16200K8的模拟输入阻抗均为1MΩ。
最主要的这款芯片价格很亲民,一片70多元,比ADS8688还要便宜。下表是两款芯片的硬件资源对比表。可以看到,硬件功能性能指标非常接近,功能上可以实现完全替代。

  
资源对比
  
ADS8688
CLAD16200K8
  
采样速度
  
500 KHz
200 KHz
  
输入阻抗
  
1M
1M
  
通道数量
  
8
8
  
供电范围
  
4.75V-5.25V
4.75V-5.25V
  
功耗
  
最大16mA
最大20mA
  
温度
  
-40-85
-40-85
  
内置滤波
  
支持
支持
  
输入电压范围
  
±10.24 V, ±5.12 V, ±2.56 V, ±1.28 V,  ±0.64 V
  
– 10.24 V, 5.12 V, 2.56 V, 1.28 V
±10V,±5V
  
参考电压
  
4.096V
2.5V
  
内外基准
  
支持
支持
  
过采样技术
  
不支持
支持
  
串行协议
  
SPI™
  
SPI/QSPl/MICROWIRE/DSP
4.jpg
不过在实际使用中,还是发现了使用该芯片存在的一些问题。首先是该芯片在内部基准源和外部基准源分别工作时,实测的误差区别很大。特别是内部基准源下偏离的正常源信号值很大。经过与厂家沟通,厂家说提供的第一版芯片只支持外部基准源,这种情况下由于内外标定方法的原因导致误差比较大。后来厂家在第二版芯片中修正了此问题。第二,对于ADS8688而言,RST管脚是低电平有效,而CLAD16200K8的RESET却是高电平有效,这个在电路设计时要注意,我当时就犯了这个错误,导致CLAD16200K8芯片反复复位,无法正常工作。对于ADS8688而言,还有一个要注意的事项是,芯片推荐的原理图中,RST管脚通过47K电阻上拉到5V,实际使用时发现偶尔芯片工作不正常,通过示波器加到RST管脚,发现RST复位,分析由于47K电阻阻抗过大导致驱动电流不够,最终导致了电平越界门限值出现误动。把电阻更换为4.7K后,芯片工作正常。第三,对于负电压的信号,ADS8688的串行输出采用的是原码,而CLAD16200K8采用的是补码,故实际采集处理时需要把补码转换为原码使用。
关于ADS8688及CLAD16200K8的原理图可参考下图。
5.png 6.png


再说一下移植的事,整体上讲,没有什么大问题。由于两个芯片都遵循SPI标准协议,此处基本一样,主要是前端的寄存器配置上存在差异。
对于ADS8688而言,核心代码为:

AI_CS0_LOW; //CS0 LOW
   ai_delay(5);   
    for(i = 0 ; i< 16 ; i++)
    {
      if((command >> (15-i)) & 0x0001)
        {
           AI_MOSI0_HIGH;//mosi high
        }
        else
        {
           AI_MOSI0_LOW;//mosi low
        }
       AI_CLK0_HIGH;//CLK high
       ai_delay(2);
       AI_CLK0_LOW;//CLK low
        ai_delay(2);      
    }
    ai_delay(5);
    for(i = 0 ; i< 16 ; i++)
    {
        sdo_value|= (AI_MISO0) << (15-i);        
       AI_CLK0_HIGH;//CLK high
       ai_delay(2);
       AI_CLK0_LOW;//CLK low
       ai_delay(2);
    }
    AI_CS0_HIGH;//CS0HIGH
    ai_delay(5);
    returnsdo_value;
对于CLAD16200K8而言,核心代码为:
if(BUSY_IS_LOW())
  {
    AD_CS_0();
   for(ch=0;ch<8;ch++)
    {
     for(index=0;index<16;index++)
      {
       Num<<=1;
        SCK_0();
         OSTimeDlyHMSM(0,0, 0, 10);
       if(MISO_IS_HIGH())
          Num++;
        SCK_1();
         OSTimeDlyHMSM(0,0, 0, 10);
      }  
    us_adc_now[ch]=(uint16_t)(Num+0x8000);//补码变为正码值
    }
    AD_CS_1();
  }


使用特权

评论回复

打赏榜单

21小跑堂 打赏了 150.00 元 2021-09-07
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

caigang13| | 2021-9-7 07:56 | 显示全部楼层
精度和稳定性咋样?

使用特权

评论回复
13426257085|  楼主 | 2021-9-7 16:14 | 显示全部楼层
caigang13 发表于 2021-9-7 07:56
精度和稳定性咋样?

精度可以了,16位,支持过采样,稳定性也可以。他们批量出货了。我们是小白鼠。试验过了

使用特权

评论回复
musich| | 2021-9-8 04:08 | 显示全部楼层
这个好,  mark.

使用特权

评论回复
huarana| | 2021-9-9 13:26 | 显示全部楼层
好东西,学习了。以后可能会用到

使用特权

评论回复
weifeng90| | 2021-9-9 20:56 | 显示全部楼层
贝岭在集中力量开发高精度ADC

使用特权

评论回复
coslight| | 2021-9-13 08:18 | 显示全部楼层
确实不错,mark一下,以后有需要可以考虑

使用特权

评论回复
fllfqj| | 2021-9-15 13:34 | 显示全部楼层
标记,采样500K的速度,分辨率为16位,
ADS8688及CLAD16200K8

使用特权

评论回复
wooda| | 2021-9-15 19:04 | 显示全部楼层
重庆所这个,唉感觉结构比较好一些,可惜明显没有产业化

使用特权

评论回复
返回列表 发新帖 本帖赏金 150.00元(功能说明)我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

我要发帖 我要提问 投诉建议 申请版主

本版热帖

本版活跃用户

优质原创写原创,赢大奖

编辑推荐

  • 1 火星国务卿 得到打赏 ¥425.00
  • 2 yanzhengxin1 得到打赏 ¥350.00
  • 3 gaoyang9992006 得到打赏 ¥265.00
  • 4 Gavin3389 得到打赏 ¥225.00
  • 5 13426257085 得到打赏 ¥200.00
  • 6 呐咯密密 得到打赏 ¥185.00
  • 7 qbwww 得到打赏 ¥160.00
  • 8 两只袜子 得到打赏 ¥155.00
  • 9 yangjiaxu 得到打赏 ¥155.00
  • 10 elephant00 得到打赏 ¥150.00
在线客服 快速回复 返回顶部 返回列表