1 MCP3421封裝形式與結(jié)構(gòu)
MCP3421是Microchip公司A/D轉(zhuǎn)換器系列的一款18位分辨率器件，采用SOT23-6封裝。圖1為MCP342引腳分布圖，各引腳的功能如表1所列。MCP342內(nèi)部采用了Microchip專利的差分開關(guān)電容轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波技術(shù)，專為需要高分辨率和低功耗的應(yīng)用而設(shè)計。在這種應(yīng)用中，空間和低功耗是設(shè)計的首要考慮因素。MCP3421可在2.7～5.5V單電源下電壓工作，并消耗很低的電流。在VDD=3 V、單次轉(zhuǎn)換、1 sps條件下，電流消耗僅為39μA(典型值)。
2 MCP3421的工作原理
MCP3421為一個全差分、18位分辨率且具有自校正功能的△-∑A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部內(nèi)部包括△-EA/D轉(zhuǎn)換器、可編程增益放大器(PGA)、時鐘振蕩器和I2C串行接口，以及2.048 V電壓基準(zhǔn)源5部分。MCP3421設(shè)計簡單、極易配置，允許設(shè)計工程師通過最小配置獲得精確的測量結(jié)果。
2.1 △-∑A/D轉(zhuǎn)換器
MCP3421△-∑A/D轉(zhuǎn)換器包括一個差分開關(guān)電容△-∑調(diào)制器和一個數(shù)字濾波器。調(diào)制器測量差分模擬輸入電壓(經(jīng)內(nèi)部PGA放大)，并將其與內(nèi)部電壓基準(zhǔn)相比較。MCP3421內(nèi)部集成了2.048 V電壓基準(zhǔn)。數(shù)字濾波器從調(diào)制器接收到高速數(shù)據(jù)流，經(jīng)數(shù)字濾波器處理后輸出一個數(shù)字代碼。MCP3421輸出的數(shù)字代碼是PGA增益、輸入信號和內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的函數(shù)。在固定配置下，輸出數(shù)字代碼與兩個模擬輸入引腳問的電壓差成正比。輸出代碼限定在一定的數(shù)目范圍內(nèi)，該范圍取決于代表輸出碼所需的位數(shù)，同時也與采用的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，如表2所列。
MCP3421輸出代碼采用二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式，最大的n位代碼為2n-1，而最小的n位代碼為-2n-1。MCP3421輸出的所有代碼均右對齊，并且經(jīng)過符號擴(kuò)展。不同轉(zhuǎn)換模式下輸出代碼的格式如表3所列。
2.2 時鐘振蕩器
MCP3421內(nèi)部包括時鐘振蕩器，該時鐘電路驅(qū)動△-∑調(diào)制器和數(shù)字濾波器工作。用戶可通過設(shè)置配置寄存器來選擇MCP3421的采樣速率為3.75、15、60或240sps。MCP3421不能采用外部調(diào)制器輸入時鐘。
2.3 自校準(zhǔn)
MCP3421集成了自校準(zhǔn)電路。自校準(zhǔn)系統(tǒng)連續(xù)工作并不需要用戶干涉。MCP3421在每次轉(zhuǎn)換時進(jìn)行失調(diào)電壓和增益的自校準(zhǔn)。這樣在溫度和電源電壓變化時仍可提供可靠的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
2.4 I2C串行接口
MCP3421通過I2C串行接口與主機(jī)進(jìn)行通信。MCP3421只能作為從器件，并提供8個可選I2C地址。MCP3421的I2C接口支持標(biāo)準(zhǔn)(100 kbps)、快速(400kbps)和高速(3.4 Mbps)三種模式，且與I2C總線協(xié)議完全兼容。
用戶可通過I2C接口讀/寫MCP3421內(nèi)的配置寄存器，進(jìn)而改變器件的工作模式并查詢器件的工作狀態(tài)。同時，I2C接口也用于讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)代碼。
