MCP3421的基础知识点

目录

1 MCP3421包装形式及结构

2 MCP3421的工作原理

3 MCP3421的应用

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Microchip公司的MCP3421与其他A／D与转换器相比，其特点主要表现为：全差输入；18位分辨率；精确连续自校准功能；可选择3.75、15、60或240 sps转换采样速率；可在连续转换或单次转换模式下工作，在单次转换后的空闲时间内自动进入待机模式，电流消耗大大降低；内部集成2.048 V±0.05％精度，且温度漂移仅为5ppm／℃基准电压源；可编程增益放大器（PGA）提供1/2/4/8倍增益，允许测量小信号，分辨率高；内部集成振荡器电路并提供I2C串行接口等。

1 MCP3421包装形式及结构

MCP3421是Microchip公司△-∑A／D18位分辨率器件采用转换器系列SOT23-6封装。图1为MCP342引脚分布图，各引脚功能如表1所列。MCP342内部采用了Microchip专利差分开关电容器△-∑专为需要高分辨率、低功耗的应用而设计的转换和数字滤波技术。在这种应用中，空间和低功耗是设计的首要考虑因素。MCP3421可在2.7～5.5V电压在单电源下工作，电流消耗很低。在VDD=3 V、单次转换、1 sps电流消耗仅为39μA(典型值)。编者注。

2 MCP3421的工作原理

MCP3421是一个全差分，18位分辨率，具有自校正功能△-∑A／D内部包括转换器△-EA／D可编程增益放大器（PGA）、时钟振荡器和I2C以及2.048 V5部分电压基准源。MCP3421设计简单、极易配置，允许设计工程师通过最小配置获得精确的测量结果。
2.1 △-∑A／D转换器
MCP3421△-∑A／D转换器包括差分开关电容器△-∑调制器和数字滤波器。模拟输入电压(通过内部)PGA放大)，并将其与内部电压基准进行比较。MCP3421内部集成了2.048 V电压基准。数字滤波器从调制器接收到高速数据流，经数字滤波器处理后输出数字代码。MCP3421输出的数字代码是PGA内部电压基准的增益、输入信号和函数。输出数字代码与两个模拟输入引脚问题的电压差成正比。输出代码限制在一定的数量范围内，这取决于代表输出代码所需的位数，也与所采用的转换率有关，如表2所列。

MCP3421输出代码采用二进制补码的形式，最大n位代码为2n-1.最小n位代码为-2n-1。MCP3421输出的所有代码均右对齐，并通过符号扩展。输出代码的格式如表3所列。

2.2 时钟振荡器
MCP3421包括时钟电路驱动的时钟振荡器△-∑调节器和数字滤波器工作。用户可以选择配置寄存器MCP3421采样速率为34.75、15、60或240sps。MCP外部调制器不能用于输入时钟。
2.3 自校准
MCP3421集成了自校准电路。自校准系统的连续工作不需要用户干预。MCP3421在每次转换过程中对失衡电压和增益进行自校准。当温度和电源电压发生变化时，仍能提供可靠的转换结果。
2.4 I2C串行接口
MCP3421通过I2C串行接口与主机通信。MCP3421只能作为从器件，并提供8个可选I2C地址。MCP3421的I2C接口支持标准(1000) kbps）、快速（400kbps）和高速（3.4 Mbps）和三种模式I2C总线协议完全兼容。
用户可通过I2C接口读／写MCP寄存器配置在3421内，然后改变设备的工作模式，查询设备的工作状态。I2C接口也用于读取转换后的数据代码。从18位模式下设置配置寄存器的时序图和MCP3421读取转换数据的时序图略-编者注。

3 MCP3421的应用

MCP3421可广泛应用于各种低功耗、高精度需求A／D在转换器系统中，如基于热电偶或热电阻的温度测量、压力或流量测量等。MCP在这些应用电路中，3421的连接非常简单。以下要介绍MCP应用与连接3421。
3.1 连接单片机
MCP3421与具有I2C单片机接口的连接方式非常简单。在图2所示的单片机测量系统中，MCP3421与其他器件（EEPROM、共享温度传感器)等I2C总线，可以标准、快速或高速与单片机通信。由于I2C总线是漏极开路驱动，所以SCL和SDA所有线路都需要上拉电阻。上拉电阻的大小取决于总线的工作速率和总线电容。

3.2 输入端连接
MCP3421提供全差分输入。外部输入信号可信号VIN 和VIN-输入引脚。

输入电压差VIN（VIN -VIN-）被PGA放大后经△-∑将调制器转换成数字代码。MCP输入引脚3421不能连接负输入电压。(有疑问)

单端输入时，VIN-引脚连接到地面，此时输入信号范围为0~2.048 V。

注：MCP3424 单端输入时，VIN-引脚与地面相连，VIN 连接传感器信号输入，VIN 输入负电压也能测试输出相应的AD值 比如氯电极 160mmol/L AD值60080，对应电压-340mv

MCP如图3所示，3421差分输入与单端输入的连接。

3.3 MCP3421与热电偶连接
MCP3421可与各种传感器接口。图4为热电偶温度变送器的系统框图。由于MCP3421内部最高8倍PGA增益和2.048 V因此，电压基准可以直接与K型等热电偶连接。外部数字温度传感器(图为MCP9800）来实现。MCP321转换后的数据和温度传感器检测到的温度值据和温度传感器检测到的温度值为电压或4~20 mA将电流环传输到其他控制系统。

在PGA增益=当选择18位分辨率时，LSB=2×2.048 v／218=15.626μV，毫伏完全可以满足（mV）水平电压输出的热电偶温度测量要求。可见，高分辨率、低功耗MCP3421 A／D转换器和Microchip单片机、温度传感器、D／A转换器很容易设计完整的温度变送器电路。
结 语
△-∑A／D适用于高分辨率、低功耗的测量系统。MCP3421作为18位分辨率、高集成度、小包装△-∑A／D转换器可用于温度、压力、流量等工业控制，以及测试/测量。简单灵活的电路设计可以大大提高测量精度和稳定性，降低硬件成本，提高产品性价比。