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16 位A/D 转换器CS5521 在双色红外信号检测中的应用 作者：北京航空航天大学电工电子中心　 魏初舜郑红吴冠 来源：《电子技术应用》 摘要：针对红外信号传感器输出信号较弱且变化范围大的特点，介绍了一种基于 16 位A/D 转换器 CS5521 的可编程红外信号检测电路的设计方法。 关键词： CS5521A/D 转换器可编程增益放大器红外信号检测 双色红外探测是一种高抗干扰的热源探测。由于热源温度高低、传播距离远近以及传播媒介等的不 同，红外性能亦不同，所以红外传感器输出信号较弱且变化范围大(0.1µA～1mA)。因此，要求信号检测 电路具有低噪声、低零漂、高抗噪及大范围增益可调等性能。这类电路一般由电流— 电压转换模块、可 编程增益放大模块和A/D 转换模块组成。若将各部分用不同芯片来设计，电路不仅功耗大、体积大，而 且参数调整和性能补偿都较复杂。如果选用美国Crystal 公司推出的CS5521 A/D 转换芯片，设计红外信 号检测电路，可克服上述缺点。 １ CS5521 简介 CS5521 芯片为２０脚PDIP 或 SSOP 封装。其结构如图 1 所示， 由多路复用器、20 倍斩波稳定测量 放大器，可编程增益放大器 (PGA)、带有数字滤波器的16 位∆ －Σ A/D 转换器及片上校验电路 (Calibration)和寄存器构成。 １．１主要性能 ·16 位A/D 转换精度。 · 串行接口。 ·两个差分输入物理通道。每个通道可自校验和系统校验。可设定四个逻辑通道，可多通道自动循环转 换。 ·6 种缓冲单／双极输入范围：25mV 、 55mV、100mV、1V、2.5V 、5V 。 ·转换数据FIFO(先入先出) ，最高输出 频率为303Hz （此时接100kHz 晶振）。 ·单电源＋5V 模拟供电，＋5V 或＋3V 数字供电。 ·可按如图2(a)设计成自身提供负电源，在NBV 端产生－1.8V～－2.5V 的电压，从而使片上测量放大 器能够测量≤±100mV 的以地为参考的双极性信号。 ·功耗：5.5mW １．２片内寄存器 ·8 位只写指令(Command)寄存器　用于存放供片内微处理器使用的指令。指令最高位为‘0’时，为读写 其它寄存器指令；最高位为‘1’时，为启动A/D 转换指令或校验指令。 ·24 位可读写配置(Configure)寄存器　用于设置斩波频率、逻辑通道数、多通道循环转换、负电源及软 件复位。 ·24 位×2 可读写通道设置(Channel Setup)寄存器，用于设置各逻辑通道的输入范围、循环转换时的输出 率及与其对应的物理通道号　设置时用到配置寄存器中的逻辑通道数，所以此寄存器应在配置寄存器设 置之后设置　。 ·只读先入先出数据输出(fifo Data Output)寄存器组　读数时先送8 个脉冲用于清除SDO，后送 24×N(循环逻辑通道数)个脉冲用于读数。24 位数据的前 16 位是转换结果，后8 位包含物理通道、振荡 探测及输入界限检验等信息。 ·24 位可读写增益(Gain)寄存器，每个物理通道各一个。用于存放校验所得的增益值。 ·24 位可读写偏置(Offset)寄存器，每个物理通道各一个，用于存放校 验所得的偏置值。 ２ CS5521 在红外信号检测中的应用 双色红外检测系统原理如图３所示，被测物体发出的红外波，经光学 元件汇聚到红外探测器，红外探测器将红外光信号转换成电信号，再由检测电路处理得到目标的红外信 息。 ２．１硬件电路 检测电路如图4 所示。图中，双色红外 探测器(inGaSn,Si)是电流源，两路信号电 流分别经串接电阻R1 、R2(或串接R1′、 R2′)形成电压差，它们作为CS5521 两通 道的差分输入信号。电容C1、C2 与电阻 并联以抑制高频干扰。将ＮＢＶ端接地， 在使用25mV 、55mV、100mV 三个量程 时，输入共模电压要在1.85V～2.65V 之 间，由LM385 －2.5 产生2.5V 电压来满 足。 考虑到所测红外信号强弱差异，仅靠 CS5521 片内放大器增益调节不能满足　 故加开关MAX4580 来改变串接电阻大 小。信号电流　≥5µA 时，仅R1 、R2 接 入；信号电流＜5µA 时，由89C2051 的 P1.3 脚控制接入R1′、R2′来检测微弱信 号。可通过CS5521 自校验来实现自调零和增益设定。若要测每个通道信号的精确值，除2.5V 量程外都 需要进行系统校验，否则可能产