电容数字转换器AD774的工作原理和应用
AD7745型高精度电容数字转换器
裹 １ 引脚功能说 明
引脚号 名称 功 能
工作在 Ｃ Ｃ状态 ： Ｄ 当输人 为 电压 或来 自温 度传 感器
的 电压 时 ， 可 以作 为 一类 ＡＤ 也 Ｃ。除 了可作 为转 换 器 外 。 Ｄ ７５还 集成 了乘 法器 、激 励 源 、Ａ Ｄ Ｃ Ａ ７４ ＣＰＡ 、 温度传 感器 、 电压参 考 、 时钟 发生器 、 制逻 辑和 Ｉ 控 ２ Ｃ
指数。
精 简 化 的型 式 下 ， 有 效 降 低 直 接 降频 接 收 机 会 遭 遇 的直 流 可 偏 移 问题 ： 此项 设 计 将 可 作 为 商 业 应 用 产 品 的 Ｉ。 此 成果 是 Ｉ ， 由 台大 电子 工 程 学 研 究 所 教授 吕学 士 与 研 究 生 团 队所 研 发 ，
采 用 联 电 ０１ｐ Ｍ Ｓ制 程 ． 双方 并 已 经 针 对 此 新 式 系 统 ．８， Ｃ Ｏ ｍ
架 构 共 同提 出专 利 申请 ， 预期 在 明年 将 顺 利 取 得 专 利 权 。
咨询 编 号 ：６ ８ ５ ０ ０ ２
该 款 射 频 收 发 机采 用 全 新 的 系 统 架 构 。在 射 频 组 件 最
维普资讯
维 转换 器
－ １ ７－
感 器 领 域 ， 如 ： 压 测 量 、 置 传 感 例 电 位
器、 流量 计 、 度测 量 、 质检 测等 。 湿 杂 Ａ ７４ Ｄ ７ ５的 引脚排 列 如 图 １ 示 ． 所 各个 引脚功 能见 表 １ 。
、 一 、／ －
ＳＡ Ｄ Ｎ Ｃ ＶＤ Ｄ
ＧＤ Ｎ Ａ ７５ Ｄ７ ４
Ｖ Ｎ（） Ｉ 一 Ｖ ｂ（） ｌ ＋ ｌ
Ｎ Ｃ Ｎ Ｃ
图 １ Ｄ ７ ５的 引 脚 排列 （ 视 图 ） Ａ ７ ４ 顶
AD转换及其原理
逐次逼近式A/D转换器
逐次逼近型ADC电路框图
基准电压UREF
实例
8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，D/A转换 器基准电压 UREF=10V。
CP
0
5
1
7.5
2
6.25
3
6.875
4
6.5625
5
6.71875
6
6.796转换精度取决于位数
。
1
10 21
5
0
1 0 2 .5 22
1
10 23
1 .2 5
0
10 24
0 .6 2 5
1
10 2 5 0 .3 1 2 5
1
10 26
0 .1 5 6 2 5
1
1 0 0 .0 7 8 1 2 5 27
1
10 28
0 .0 3 9 0 6 2 5
逐次逼近式A/D转换器优点
➢精度高 ➢转换速度快 ➢转换时间固定 ➢简化了与计算机同步，所以常常用作微机
接口。
双积分型A/D转换器
双积分型A/D转换器属于间接型A/D转 换器，它是把待转换的输入模拟电压先 转换为一个中间变量，例如时间T；然 后再对中间变量量化编码，得出转换结 果，这种AD转换器多称为电压-时间变 换型（简称VT型）。
逐次逼近式A/D转换器工作原理
• 称重过程如下： ① 先在砝码盘上加128g砝码，经天平比较结果，重物195g
＞128g，此砝码保留，即相当于最高位数码D7记为1。 ② 再加64g砝码，经天平比较，重物195g ＞（128＋64）g，
AD7740电压频率转换
3V/5V 低功耗同步电压频率变换芯片AD7740电压频率转换器VFC （Voltage Frequency Converter ）是另一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比发布日期:2006-01-02 作者:许 柯 秦建军 张 厚 来源:国外电子元器件摘要：AD7740 是一种CMOS 型低功耗单通道单终端同步电压频率转换芯片，它具有缓冲和非缓冲两种模式。
工作范围宽，对外部元件要求小，输出频率准确，无须调整或校准。
可广泛用于各种A/D 转换系统，并可以和AD22100S 温度传感器构成数字式环境温度指示器等电路。
文中介绍了AD7740的结构、特点、功能、原理和几种典型的应用电路。
1 概述AD7740是一种低成本的超小型同步电压频率转换芯片（VFC ），该芯片的工作电压范围是3.0～3.6或者4.75～5.25V ；工作电流为0.9mA 。
AD7740有8脚SOT-23和8脚小型SOIC 两种封装形式。
体积小、成本低和易于使用是该芯片的主要设计思想。
该芯片还在内部集成有2.5V 带隙基准，用户也可使用外部基准，其外部基准最大力VDD 。
AD7740芯片的输出频率和CLKIN 时钟信号同步。
时钟信号可由附加的外部晶体振荡器（或谐振器）产生，也可由CMOS 兼容的时钟信号源提供。
AD7740的满刻度输入频率为1MHz 。
当模拟信号由0V 到VREF 变化时，AD7740的输出频率可在10%-90%fCLKIN 之间变化。
在缓冲模式下，该芯片的输入阻抗非常高。
此时其VIN 脚的输入电压为0.1V ～VDD-0.2V 。
在非缓冲模式下，VIN 脚的输入电压允许值为-0.15～VDD+0.15V 。
两种模式可通过BUF 脚相互转换。
AD7740（Y 等级）的工作温度范围是-40～+105℃。
AD7740（K 等级）的工作温度范围是0～85℃。
另外，AD7740还有如下特点：●内含单通道单终端两步电压频率转换器；●采用8脚SOT-23和8脚小型SOIC 两种封装；●内含2.5V 基准电压；●REFIN 端的电压基准额定范围是2.5V ～VDD ；●最大输入频率为1MHz ；●具有可选非缓冲输入和高阻抗缓冲输入；●在非缓冲模式下，AD7740的工作电压是3.0～3.6V或者4.75～5.25V，工作电流是0.9mA，最低功耗为3mW（典型值）；●双极工作时，模拟输入可以降低到-150mV以下；●对外部元件要求较小，不需要外接电阻电容来设置输出频率，满刻度输出频率由一个晶体或者时钟来决定，也不需要调整和校准；●具有自动断电功能；●无须电荷泵即可实现真正的-150mV能力。
电容数字转换器AD7745的工作原理和应用
电容数字转换器AD7745的工作原理和应用
郭强;谢康;姜海明;王浩
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(31)14
【摘要】AD7745是AD公司生产的具有I2C总线接口的电容数字转换器.该转换器支持单端电容输入和差分式电容输入,同时在片内集成了温度传感器,可以用于代替系统中的温度传感器.该芯片广泛的应用于生化探测、压力探测、电压探测、杂质探测等领域.介绍AD7745的功能原理和工作模式,同时给出一种使用该芯片的实际应用.
【总页数】3页(P170-172)
【作者】郭强;谢康;姜海明;王浩
【作者单位】电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054;电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054;电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054;电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN492
【相关文献】
1.AD7745在微机械电容式传感器测量电路中的应用 [J], 陈力;陈仁文
2.AD7745型高精度电容数字转换器 [J], 龙海南;张莉莉
3.基于AD7745的微电容加速度计测量电路设计与实现 [J], 何维玮;赵新;李毅堂;
卢桂章
4.基于AD7745的电容差压传感器设计 [J], 陈宝;胡晓兵;孙鸿
5.基于AD7745的无接触电容式角度传感器的设计 [J], 梁胜;黄钊洪;李欣慧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
烟草行业传感器应用
例2 AT89C2051在包装机小包张口检测 系统中的应用
陈明(武汉数字工程研究所) 毛杰 俞忠民 (武汉卷烟厂)
1 引 言 G．D包装机是目前我国烟草行业引进国外烟支 包装的主流设备，它基本上完全承当烟厂烟支 包装的任务。随着卷烟生产的不断发展及工业 水平的不断提高，许多高档香烟产品的外包装 工艺也越来越考究，其外包装纸盒上都采用金 属涂抹工艺，这样使得包装的要求越来越高。 但是由于其设备设计上的不足，武汉烟厂反映 烟支小包张口、翘边现象常有发生，影响包装 质量，损害产品形象，侵犯了消费者的利益。 这一问题在各个卷烟厂是一个普遍现象。
AT89C2051是一种带2K字节闪速可编程可擦除 只读存储器(PEROM)的低电压、高性能CMOS 8 位微控制器。该器件采用Atmel高密度、固定 存储器制造，与工业标准的MCS51TM指令集和 输出管腿相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速 存储器组合在单个芯片中Atmel的AT89C2051是 一种高效微控制器，在很多嵌入式控制领域提 供了一种灵活性高且稳定的方案。
AT89C2051具有以下一些标准特性：2K字节的 闪速存储器，128字节RAM，15个I／O线，2个 16位定时器／计数器，5个两级中断源结构 ， 一个全双工串行口，一个精确的模拟比较器 、 片内振荡器和时钟电路。此外，AT89C2051设 有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下工作， 支持两种软件可选的省电模式。在闲置模 式 下CPU停止工作，但RAM、定时器／计数器、串 口和中断系统仍然在工作。在掉电模式下，保 存并冻结RAM的内容，振荡器禁止所有其他 芯 片功能，直到下一个硬件复位为止 。 I/O分配如下：
(2)显示单元 本系统采用LED指示灯和两位LED数码管分别来 指示出电源、剔除、停机、剔除烟包数等等输 入输出状态，直观地显示出G.D包装机的运行 情况及本张口检测系统完成实时检测、跟踪剔 除及损包数量等功能的情况，一目了然，便于 工厂维修人员调试和维修 。
如何正确使用模拟与数字转换器(ADC)
如何正确使用模拟与数字转换器（ADC）模拟与数字转换器（ADC）是现代电子设备中常见的关键技术之一。
它能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，并且在各种领域中都有广泛的应用。
本文将介绍如何正确地使用ADC，包括其原理、应用和使用方法。
一、ADC的原理和工作方式ADC是一种将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
它通常由一个采样和保持电路和一个模数转换器组成。
首先，采样和保持电路将模拟信号进行采样和保持，然后将采样后的信号传输给模数转换器进行数字转换。
模数转换器将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，其中包括一个时钟信号和一个比较器来完成转换的过程。
二、ADC的应用领域ADC广泛应用于各个领域，包括通信、音频处理、医疗设备、工业自动化等。
在通信领域，ADC用于将模拟的声音信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理和传输。
在音频处理领域，ADC用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便进行数字音频处理和存储。
在医疗设备领域，ADC用于将生理信号（如心电信号、血氧信号等）转换为数字信号，以便进行医学数据分析和诊断。
在工业自动化领域，ADC用于将模拟传感器信号转换为数字信号，以便进行工业过程监控和控制。
三、使用ADC的注意事项1. 选择合适的ADC型号：根据实际需求选择合适的ADC型号，包括输入范围、分辨率、采样率等参数。
不同的应用场景可能需要不同的ADC性能要求，因此在选择ADC时要根据实际需求进行评估和比较。
2. 确保模拟信号质量：ADC的准确性和性能受到模拟信号质量的影响，因此在使用ADC之前，需要对模拟信号进行滤波、放大和抗干扰处理，以提高模拟信号的质量。
3. 时序和时钟同步：ADC的工作需要一个时钟信号来同步采样和转换过程。
在实际使用中，需要确保ADC的时钟信号与其他模块的时钟信号同步，以避免时序和时钟同步问题导致的误差。
4. 数据处理和校准：ADC输出的数字信号可能存在非线性和偏移等问题，因此在使用ADC的过程中，需要进行数据处理和校准，以提高准确性和稳定性。
电容数字转换器AD774的工作原理和应用
电容数字转换器ＡＤ７７４的工作原理和应用作者：郭强谢康姜海明王浩来源：《现代电子技术》2008年第14期摘要：AD774是AD公司生产的具有总线接口的电容数字转换器。
该转换器支持单端电容输入和差分式电容输入，同时在片内集成了温度传感器，可以用于代替系统中的温度传感器。
该芯片广泛的应用于生化探测、压力探测、电压探测、杂质探测等领域。
介绍AD774的功能原理和工作模式，同时给出一种使用该芯片的实际应用。
关键词：Σ-Δ调制器；差分式电容输入；单端电容输入；总线(chool of Optoelectronic Information,University of Electronic cience and echnology of China,Chengdu,61Abstract：Companyhis converter supports single-ended capacitive input and differential capacitive input,and integrates a temperature sensor which can instead of temperature sensor in systemhis chip is used in biochemistry detection,pressure detection,voltage detection and impurity detectionhe principle andKeywords：Σ-Δ modu lator;differential capacitive input;single-1 引言AD774是AD公司生产的具有高的分辨率、低功耗的电容数字转换器。
该芯片性能稳定，操作方便，可以和多种电容传感器一起开发各种实际产品。
AD774的主要特点如下：(1) 电容数字转换器具有单端电容探测器或者差分式电容探测器接口；分辨率：4 aF；精确度：4 fF；线性度：001%；在普通模式下，电容高达17 pF；可测量电容范围：-可容忍高达60 pF的寄生电容；更新频率：10~60 z。
adc模数转换器工作原理
adc模数转换器工作原理ADC模数转换器（Analog-to-Digital Converter）是一种将模拟信号转换为数字信号的电子设备。
其工作原理是通过将连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号，从而实现对模拟信号的数字化处理和传输。
ADC模数转换器的工作原理基于采样和量化两个基本过程。
采样是指将模拟信号在一定的时间间隔内进行离散抽样，将连续的模拟信号转换为一系列离散的采样点。
而量化则是将采样得到的连续模拟信号值映射为离散的数字信号值。
在ADC模数转换器中，采样过程由采样保持电路完成。
采样保持电路通过一个开关，将模拟信号输入到一个电容器中进行存储，然后再通过一个采样保持放大器将存储的电荷转换为电压输出。
采样保持电路的作用是在一定时间内对模拟信号进行抽样，以确保在量化过程中能够准确地表示原始信号。
量化过程是将采样得到的模拟信号值进行离散化表示的过程。
量化器将连续的模拟信号值映射为离散的数字信号值。
量化器通常由比较器和数字逻辑电路组成。
比较器将模拟信号与参考电压进行比较，根据比较结果输出高电平或低电平。
数字逻辑电路则将比较器输出的结果编码为二进制形式的数字信号。
ADC模数转换器中的量化器通常采用的是逐次逼近型量化器。
逐次逼近型量化器是一种通过逐步逼近的方式来实现高精度量化的方法。
它通过不断调整比较参考电压的大小，使得比较器输出与模拟信号的差距逐渐减小，最终达到所需的精度要求。
逐次逼近型量化器的精度可以通过增加比特数来提高，比特数越大，精度越高。
除了采样和量化过程外，ADC模数转换器还包括数字信号处理电路和数字信号输出接口。
数字信号处理电路用于对量化后的数字信号进行进一步处理，如滤波、编码等，以提高信号质量和可靠性。
数字信号输出接口则用于将数字信号传输给后续的数字系统或计算机进行处理和分析。
总结起来，ADC模数转换器通过采样和量化两个基本过程，将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
它的工作原理是在一定时间间隔内对模拟信号进行离散抽样，并将抽样得到的模拟信号值映射为离散的数字信号值。
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电容数字转换器ＡＤ７７４的工作原理和应用
作者：郭强谢康姜海明王浩
来源：《现代电子技术》2008年第14期
摘要：AD774是AD公司生产的具有总线接口的电容数字转换器。
该转换器支持单端电容输入和差分式电容输入，同时在片内集成了温度传感器，可以用于代替系统中的温度传感器。
该芯片广泛的应用于生化探测、压力探测、电压探测、杂质探测等领域。
介绍AD774的功能原理和工作模式，同时给出一种使用该芯片的实际应用。
关键词：Σ-Δ调制器；差分式电容输入；单端电容输入；总线
(chool of Optoelectronic Information,University of Electronic cience and echnology of China,Chengdu,61004,C
Abstract：
Companyhis converter supports single-ended capacitive input and differential capacitive input,and integrates a temperature sensor which can instead of temperature sensor in systemhis chip is used in biochemistry detection,pressure detection,voltage detection and impurity detectionhe principle and
Keywords：Σ-Δ modulat or;differential capacitive input;single-
1 引言
AD774是AD公司生产的具有高的分辨率、低功耗的电容数字转换器。
该芯片性能稳定，操作方便，可以和多种电容传感器一起开发各种实际产品。
AD774的主要特点如下：
(1) 电容数字转换器
具有单端电容探测器或者差分式电容探测器接口；
分辨率：4 aF；精确度：4 fF；线性度：001%；
在普通模式下，电容高达17 pF；
可测量电容范围：-
可容忍高达60 pF的寄生电容；
更新频率：10~60 z。
(2) 片上温度传感器
分辨率：01 ℃；精确度：±2 ℃；
电压输入通道；
内部时钟振荡器；
两线串行接口兼容)。
(3) 电源
27~2 V单电源供电。
2 工作原理及引脚功能
21 工作原理
AD774的核心是一个高精度的转换器，由1个二阶调制器和1个三阶数字滤波器构成。
AD774可以配置成一个电容数字转换器(CDC)，也可以配置成一个经典的模数转换器(ADC)。
除了转换器外，AD774集成了一个多路复用器、一个激励源和电容数模转换器(CAPDAC)作为电容的输入、一个温度传感器、一个时钟发生器、一个控制校正逻辑、接口。
AD774的功能框图如图1所示。
下面对图中的主要部分进行功能说明。
(1) Σ-Δ调制器
Σ-Δ调制器是AD774的核心，它是将模拟信号转换成数字信号的器件，其工作原理是：被测的电容被连接在CDC激励输出(EXCA或者EXCB)与Σ-Δ调制器输入(VIN(+))之间，在1个转换周期，一个方波激励信号(从EXCA或者EXCB输出)被加到，-Δ调制器连续采样经过的电荷。
数字滤波器处理Σ-Δ调制器的输出，数据经过数字滤波器输出，经过校正，由串行接口将数据读出。
(2) 电容数模转换器
电容数模转换器(CAPDAC)可以被理解成一个负电容直接内部连接到CIN引脚。
在AD774中有2个CAPDAC，一个连接到CIN1(+) ，另一个连接到CIN1(-)，如图2所示。
输入电容差分模式下)与输出数据(DAA)之间的关系如下：
电容数模转换器可以用来编程被测电容的输入范围，通过设置CAPDAC(＋)和CAPDAC(-)的值，可以改变被测电容的范围，比如在单端模式下，将CAPDAC设置成温度传感器±4 pF，被测电容的变化范围成了0~8 pF。
(3) 温度传感器
AD774使用1个片上晶体管测量芯片内部的温度，芯片的温度变换将影响到晶体管的电压，Σ-Δ调制器将转变成数字信号，最终的输出线性于温度的变化。
由于AD774的功耗很低，因此它自身产生的热量很少(在时，小于0 ℃)，被测电容探测器的温度可以认为和AD774的温度相同，因此AD774内部的温度传感器可以用做系统的传感器。
也就是说，整个系统的温漂补偿可以基于片内的温度传感器，而不需要片外器件。
串行接口
AC774支持兼容2线串行接口，总线上的2根线是CL(时钟)和DA(数据)，所有的地址、控制和数据信息都通过这2根线进行传输。
22 引脚功能
AD774的引脚分布如图3所示可知。
各引脚功能描述如下：
CL：串行时钟输入；
RDY：逻辑输出。
当该引脚信号的下降沿到来时，表示在已经使能的通道转换已经完成，同时新的数据已经到达该通道；
EXCA，EXCB：CDC激励输出。
被测电容接在EXC引脚和CIN引脚之间；
REFIN(＋)，REFIN(-)：差分参考电压输入；
CIN1(-)：在差分模式下，CDC的负电容输入；在单端模式下，该引脚内部断开；
CIN1(＋)：在差分模式下，CDC的正电容输入；在单端模式下，CDC的电容输入；
NC：空管脚；
VIN(＋)，VIN(-)：ADC的差分电压输入。
此引脚同时连接外部温度探测二极管；
GND：接地端；
VDD：电源端；27~2 V单电源供电；
DA：双向串行数据线。
3 AD774的工作模式
31 差分模式
当被测电容传感器是差分式电容传感器，其连接方法如图2所示，差分电容探测器的正电容输入连接到CIN1(+) ，负电容输入连接到CIN1(-)。
通过接口将AD774中的电容设置寄存器(Cap etup register)中的CAPDIF位设置成1。
32 单端模式
当被测电容传感器是是单端电容传感器，其连接方法如图4所示。
可以通过设定CAPDAC(＋)的值调整被测的电容传感器的输出范围。
4 具体应用
电容传感器的种类很多，总体可以分为改变极板之距离的极距型传感器；改变极板遮盖面积的面积型传感器；改变电介质之介电常数的介质型传感器。
本应用使用根据极板间介质的介电常数随湿度而改变的差分式电容传感器，将差分式电容传感器的正负电容输出分别接到AD774的CIN1(+)和CIN1(-)引脚。
然后将AD774接到3 V/ V 电压上，将AD774的输出通过总线接到主机控制器， CL和DA要接10 kΩ的上拉电阻。
主机控制器选择P89C668，因为该MCU具有接口和UAR串口(见图)。
本系统将电容传感器放置在需要探测的环境中，在PC即显示该环境的湿度，软件流程图如图6所示。
结语
由于AD774功能稳定，操作简单，可以于多种电容传感器使用，可以用于压力探测，电压探测、杂质探测等方面的应用和开发。
参考文献
［1］AD公司
［2］Philips半导体公司
［3］吴玉宝A/D转换器MAX1270与1单片机的接口设计[J]电子制作,2007(6):49-0
［4］项四平单片机与串行A/D转换器LC0834的接口设计[J]国外电子元器件,2003(7):10-
马长芳传感器与传感器技术[M]北京:科学出版社
［6］谭浩强C程序设计[M]2版北京:清华大学出版社
［7］杨恢先单片机原理及应用[M]北京:人民邮电出版社
［8］孙鑫VC++深入详解[M]北京:电子工业出版社，2006。