ADuCM360/361 手册

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ADI 单片机的ADuCM360/361手册
ADuCM360/ADuCM361 概述 DuCM360是完全集成的39kSPS、24位数据采集系统,住 ADuCM360/ ADuCM361集成了一系列片内外设,可以根据 单芯片上集成双核高性能多通道Σ-Δ型模数转换器 应用需要通过微控制器软件控制进行配置。这些外设包 (ADC)、32位ARM, orle"-M3处理器和 Flash/FE储器。 括:UART、PC和双通道SPI串行IO通信控制器、19引脚 在有线和电池供电应用屮, ADuCM360设计为与外部精密 GPO端口;两个通用定时器;唤醒定时器系统看门狗定时 传感器直接连接。 ADuCM361集成了 ADuCM360的全部功 器。同时提供了一个带6个输出通道的16位PWM控制器。 能,不过它仅有一个24位∑△ADC(ADC1) A DuCK360/ ADuCM361专为要求低功耗工作的电池供电应 ADuCM360/ ADuCM361自带一个片内32kHz振荡器和一个 用而设计。微控制器内核可配置为正常工作模式,功耗 内部16MH高频振荡器。高频振荡器通过一·个可编程时钟 290A/MHz(包括 flash/SRAM I)。两个ADC均打开(输入 分频器进行屮继,在其中产生处理器内核时钟工作频率。 缓冲器关闭)、PGA增益为4、·个SPI端口打开和所有定时 最大内核时钟速度为16MHz:该速度不局限于工作电压或 器均打开时,系统总电流消耗可以达到1mA。 温度。 ADuCM360/ A DuCE361可以直接通过程序控制配置为多种 微控制器内核为低功耗 ARM Cortex-M3处理器,它是一个 低功耗工作模式,包括休眠模式(内部唤醒定时器有效) 32位RISC机器,峰值性能最高可达20MIPS。 Cortex-M3处 此吋能耗仅为4μA。在休眠模式下,诸如外部中树或内部唤 理器集成∫灵活的1通道DMA控制器,支持全部有线通信 醒定时器等外设可以唤醒该器件。该模式可让器件在功耗 外设(SPI、UAR和C。片内还集成128kB非易尖性Fash/EE 极低的情况下运行,同时仍然响应外部异步或周期事件。 存储器和8 KB SRAM。 片内H厂固件支持通过串行线接口(2引脚JTAG系统)和 模拟子系统由双通道ADC组成,每个ADC均连接到一个灵 UART进行串行在线下载,还支持通过串行线接口进行非 活的输入多路复用器。两个ADC都可全差分和单端模式 介入式仿真。这些功能都集成在一个支持精密模拟微控制 下工作。其他的片内ADC功能包括:双通道可編程激励电 器系列的低成本 Quick Start-开发系统中 流源、诊断电流源和偏置电压产生器 AVDD REG290mV) 这些器件采用外部1.8V至36V电源供电,额定温度范围为 可用于设置输入通道的共模电压。低端内部接地开关可在 40°C至+125°C工业温度范围 两次转换之间关断外部电路(例如桥电路)。 ADC包含两个并联的滤波器:一个sinc3或snc4滤波器与 sinC滤波器并联。Sinc3或Sinc4滤波器用于糈密测量 sin2滤波器用于快速测量和输入信号的阶跃变化检测。 该器件集成一个低噪声、低漂移内部带隙基准电压源,但 在采用比例式测量配置时可配置成接受一或两个外部基准 电压源。片内集成了可缓存外部基准电压输入的选项。片 内集成一个单通道带缓冲的电压输出DAC。 Rev. A Page 3 of 24 ADuCM360/ADuCM361 功能框图 ON-CHP ONCHIP DAc○ BUFFER 12B DAC 18VANALOG 18VDGLAL POWER-ON O RESET ADD LDO RESET AGND○ BIAS GENERATOR O XTALO OR 16MHz ○XALI 244Br ARM ATo○ ∑∽△ADc CORTEXGMC AN PROCESSOR GPo AMP SINC3A aNO MODULATOR UART 2X SPI PIPORTS AT/EXC○ FC PORTS ATN5Xc○ AN6E TMERO 19 GENERAL SNC2 MEMORY TMERT PURPOSE AN7NBTASOEXC MUX FLTER 128KB FLASH MATCH DOG EXTREFZIN 8KB SRAMWAKE-UP TIMER PWM ANBEXTREF2N- 24B AN9 DACBUFF ∑ADC/ DMAAND SERTAL WRE AN11/B]A51O PROGRAMMING MOD YIMODULATOR SIC3A!!CONTROLLER AND DEBUG FLT SELECTABLE DAC TEMP O SwAn AVDDA RECI DN REFERENCE ADUCM360 O DVDD REG REF○i CURRENT UFFER SOURCES O AVDD REG BUFFER GND SW VREF- VREF+ IN R DVDD 图1. ADuCM360功能框图 .A Page 4 of ADuCM360/ADuCM361 技术规格 微控制器电气规格 除非另有说明,Aⅴ DD/IOVDD=18V至36V,1.2V内部基准电压,fox=16MHz,所有规格在T=-40°C至+125C下测得。 表1 参数 测试条件/注释 最小值典型值最大值单位 ADC技术规格 ADC0和ADC1 转换速率! 斩波(hop关闭 3906 H2 斩波开启 3.5 1302 H 无失码 斩波关闭,fs500Hz 24 Bits 斩波开启,f≤250Hz 24 Bits 均方根噪声与输出数据速率 参见表2至表9 积分非线性(NL 增益=1,输入缓冲 ±10 ppm of FSr 增益=2、4、8或16 土15 ppm of FSr 增益=32、64或128 ppm of FSR 失调误差234.55 斩波关闭,校准之后,失调误差与 ±100增益 选定的編程增益和更新速率所对应 的噪声相当 斩波开启 ±1.0 失调误差漂移与温度的关系45斩波关闭,增益≤4 1/增益 斩波关闭,增益≥8 nv°C 斩波开启 nV°C 满量程误差气·67 ±05/增益 增益误差漂移与温度的关系145外部基准电压源 增益=1、2、4、8或16 ±1 增益=32、64或128 ppm/°C PGA增益不匹配误差 ±0.15 电源抑制 外部基准电压源 斩波开启,ADC输入=025V,增益=4 dB 斩波关闭,ADC输入=78m,增益=128 dB 斩波关闭,ADC输入=1V,增益=190 绝对输入电压范围 无绥冲模式 AGND AVDD 缓冲模式 不提供增益=1;有关硅片勘误信息, 请参见 ADUCM360/ ADUCM361产品页面 增益≥2 AGND+0.1 DD-01V 差分输入电压范围 对丁增益=32、64和128肘允许的输入 范围和噪声值,请参见表3和表7 增益=1 增益=2 ±500 增益=4 增益=8 ±125 增益=16 ±62.5 mV 共模电压VM 理想情况下,V,=(AN+)+(AN-)/2;AGND AVDD 增益=2至128;输入电流会随着VCM 而变化(见图8和图9) 输入电流 绥冲模式 增益>1(AN4、AN5、AN6和AN7 A 引脚除外) 增益>1(AN4、AN5、A|N6和AN7引脚) 无缓冲模式 输入电流随输入电压而变化 500 DA/V Rev. A Page 5 of 24 ADuCM360/ADuCM361 参数 测试条件/注释 最小值典型值最大值单位 平均输入电流漂移l 缓冲模式 AINO, AINL AIN2, AIN3 AIN4, AINS. AIN6, AIN7 ±16 JA/C AN8,A|N9,A|N10,A|N11 ±9 AC 无缓冲模式 ±250 pA/V/'C 共模抑制,DC ADC输入 ADC增益=1,AVDD<2V 65 dB ADC增益=1,AVDD>2V 100 dB 增益=2至128 共模抑制,50Hz/60Hzl 50 Hz/60 Hz 1 Hz f= 16.7 Hz ADO 斩波开启:fDx=50H,斩波关闭 ADC增益=1 B ADC增益=2至128 正常模式抑制,50Hz/60Hzl ADC输入 50 HZ/60 Hz 1 Hz: f=16.7 Hz 80 斩波开启:fx=50Hz,斩波关闭 温度传感器 用户校准后 25°C时电压输出 测量前处理器关断或处于待机模式 82.1 电压温度系数TC 250 μV"C 精度 6 接地开关 3.7 10 容许电流 20kQ电阻关闭,直接短路至接地 20 基准电压源 ADC内部基准电压 内部V 初始精度 在T=25°c时测定 -0.1 +0.1 基准电压源温度系数TC 5 +15 ppm/C 电源抑制 90 外部基准输入 输入范围 缓冲模式 aGND +0 AVDD-01V 无缓冲模式 VREF+和VRE引脚的最低差分 0 AVDD 电压为400mV 输入电流 缓冲模式 +10 n 无缓冲模式 500 nA/V 串模干扰抑制 共模抑制 基准电压检测电平1 激励电流源 输出电流 各电流源可用;可编程数值范围 1000 为10μA至1mA 初始睿差(25°C) ur≥50μ 漂移 使用内部参考电阻 100 400 ppm/C 使用位于REF引脚和AGND之间的外部 400 ppm 150kΩ参考电阻:该电阻的漂移规格 必须为5ppmC 25°C时初始电流匹配 在两个电流源之问匹配 ±0.5 漂移匹配 ppm/C 负载调整率,AVDD AVDD=3,3V 0.2 输出电压范围 r=10μA至210A AGND-003 AVDD-085V lour>210μA AGND-003 AVDD-11V Rev.A Page 6 of. ADuCM360/ADuCM361 参数 测试条件注释 最小值典型值最大值单位 DAC通道规格 R=5kQ2, CL= 100 pl 电压范围 内部基准电压源 外部基准电压源 18 直流特性1 分辨率 位 相对精度 微分非线性 保证单调性 ±0.5 LSB 失调误差 12V内部基准电压 ±2 ±10 mV 增益误差 g范围(基准电压=12V ±0.5 % NPN模式! 分辨率 位 相对精度 LSB 微分非线性 ±05 LSB 失调误差 ±0.35 A 增益误差 ±0.75 mA 输出电流范围 0008 236 mA DAC交流特性 输出电压建立时间 数模转换脉冲干扰 主进位1LSB变化 DACODAT寄存器 20 nv-sec 中同时变化的最大位数 上电复位(POR POR触发电平 DVDD引脚电压 上电电平 1.6 V 关断电平 1.6 POR复位超时 50 ms 看门狗定时器WDT) 超时时间 000003 8192 秒 超时步幅 T3CON[3:2]=10 7.8125 ms FLASH/EE存储器 耐久性1 10,00 周期 数据保留期 T=85C 10 年 数字输入 所有数字输入 输入漏电流 除RESE、 SWCLK和SWDO引脚外 的数字输入 逻辑1 V=|OVDD或V=18V 内部上拉禁用 逻辑0 VI =ov 160 内部上拉禁用 输入漏电流 RESET、 SWCLK和SWD|O引脚 逻辑1 逻辑0 160 输入电容 逻辑输入 输入低电压V 02× IOVDDIV 输入高电压t 0.7×|OvDD 逻辑输出 输出高电Vm sOURCe=1 A IOVDD-0.4 输出低电压Va SINk =1 mA 0.4 V 晶体振荡器 32768kHz晶振输入 逻辑输入,仅限XTAL|13 输入低电压V 0.8 输入高电压VN 1.7 V Rev. a Page 7 of 24 ADuCM360/ADuCM361 参数 测试条件/注释 最小值典型值最大值单位 XTAL电容 6 pF XTALO电容 6 片内低功耗振荡器 振荡器频率 32768 精度 30 ±10 +30 片内高频振荡器 桭荡器频率 16 MHZ 精度 40°C全+125C 1.8 +1.4 处理器时钟速率 在此规定范团内九个可编程内核时钟|006505 选择 使用外部时钟 0.032768 MHZ 处理器启动时间1 上电时 包括内核上电执行时间 41 ms 复位事件后 包括内核上电执行时间 1.44 ms 从处理器进入省电模式开始 f是 Cortex-M3的内核时钟 3全5 (模式1、模式2和模式3) 从整杌进入挂起或仆眠模式开始 308 us (模式4或模式5 电源要求 电源电压v AVDD, IOVDD 3.6 功耗 b0MCU活动模式)415 处理器时钟速率=16MH; 5.5 A 所有外设开启 CLKSYSDⅣ=0) 处理器时钟速率=8MHz; mA 所有外设开启( CLKSYSDⅣ=1) 处理器时钟速率=500kHz;两个ADC均 A 开启(输入缓冲器关闭),PGA增益=4 1×SP端∏开启,所有定时器开启 b0MCU关断) 整个温度范围,完全挂起模式(模式4) 4 缩小的温度范围,-40°C至+85℃C 4 A 总(ADCO)3 PGA使能,增益≥32 320 JA PGA 增谥=4、8或16,仅PGA 130 A 增益=32、64或128,仅PGA 180 输入缓冲器 2×输入缓冲器=70μA JA 数宇接口和调制器 70 A IDD (ADCT 输入缓冲器关闭,增益仅=4、8或16 200 JA 外部基准输入缓冲器 每个均为60A 120 A 1这此参数术经过产品测试,但住产品发布时由设计和或特性数据保证。 初始失调校准后在增益=4时测试。 3利用内部短路测定。系统零电平校准消除此误差。 在任意温度下車新校准将消除这些误差。 5这些参数不包栝内部基准电压温度漂移 6增益=1时工厂校准。 在其体增益下的系统校准可以消除此增益下的误差。 8输入电流的测量条件为每通道使用一个ADC进行測量。若两个ADC均测量同一输入通道,则输入电流会增加(大约翻倍)。 利用盒子方法测定。 参考DAC的线性度是使用一个缩减的数据范围0x0AB到0XF30计算出来的 1耐久性是依据DE标准22方法A117认定为10000个周期,并分别在-40℃、+25和+125°C测得。在25℃吋的典型耐久性为170000个周期 根椐DEC2标准方法A117,保持期限相当于85°℃結温时的寿命。保持期限会随着结温逆减。 13电压输入水平仅当电压源驱动ⅪTAL输入时才相关。若晶振直连,则共模电压由内部晶振接口决定 在Fash/E存储器编程和擦除周期期间的典型额外电源电流消耗为7mA。 5ADC的总m包括PGA≥32、输入缓冲器、数字接口和ΣΔ调制器 Rev. A Page 8 of 24 ADuCM360/ADuCM361 ADC0和ADC1的均方根噪声分辨率 12V内部基准电压源 表2到表5提供采用内部基准电压源(1.2V)时ADC0和ADC1的均方根噪声规格。表2和表3列出了针对两个ADC的不同增益和 输出更新速率时的均方根噪声值。表4和表5列出了两个ADC在正常模式下,不同增益和输出更新速率情况下的典型输出均 方根噪声有效位数(ENOB)。(括号屮的数字表示 p-P ENOR 表2均方根噪声与增益和输出更新速率的关系,采用内部基准电压(1.2Ⅵ,增益=1、2、4、8和16 均方根噪声(pV 增益=1, 增益=2, 增益=4, 增益=8 增益=16, 更新速率 ADCFLT ±500mV ±250mv ±125mV, ±625mV (Hz) 斩波Sinc寄存器值| ADCXMDE=0x01 ADCXMDE=0x11 ADCXMDE=0x21 ADCXMDE=0x31 ADCXMDE=0x41 3.75 开启Sinc3|0x8D7c1.05 045 023 0.135 0.072 关闭Sinc3000E21 1.37 063 0.37 0.22 关闭/snc30×007D37 1.6 0.83 047 0.29 关闭/snc30×004D545 241 1.13 0.63 0.38 488 关闭Snc40×1005 0 4.7 2,2 1.3 0.79 关闭/Sinc40×1007 13.5 65 3.3 1.7 1953 关闭/sn40x1003193 2.6 1.55 3906 关sn4|0×1001670 36 166 8.8 4.9 表3均方根噪声与增益和输出更新速率的关系,釆用内部基准电压(12Ⅵ,增益=32、64和128 均方根噪声(μV 增益=32 增益=322增益=64 增益=6434增益=1285增益=12856 ±625mV, ±2.18mv,±15.625mV,±10.3125mV,±78125mV,±398m, 更新速率 ADCFLT ADCXMDE= ADCxMDE= ADCXMDE= ADCXMDE= ADCxMDE= ADCxMDE (Hz) 斩波sinc寄存器值|0x49 051 0x59 0X61 0x69 0x71 开启sinc30x8D7C067 0.064 0073 0055 0058 关闭Sinc30×00T70202 0.196 0.16 0.174 0.155 50 关闭/Snc30x007D0.24 0.24 025 0.21 0.21 02 100 关闭/Sinc30x004D0.35 032 036 027 031 0.25 488 关闭Snc40x100F07 0.67 0.71 058 0.57 976 关闭/Sinc40x1007099 091 0.74 083 0.7 1953 关闭/Sn40x1003 1.78 1.3 148 1.15 1.25 10 3906 关闭/Sinc40x1001644 2.68 359 1.4 2,2 14 ADCXMDE-0κ49设置PGA的增益为16、调制器増为2。调制器增益为2则通过调节调制器內的采样电容实现。 ADOXMDE=σκ51设置 PGA的增益为32,调制器增益关闭。AD∝XMDE=049噪声稍大一些,但攴持更宽的输入范围。 若AVDD<20V且 ADCXMDE=0x51,则输入范围为±17.5m 3 ADCXMDE=0x59设置PGA的增益为32、调制器增益为2。调制器增益为2则通过调节调制器内的采样电容实现。 ADOXMDE=0x61设置 PGA的增益为64,调制器增益关闭。 ADCXMDE=0x59噪声稍大一些,但攴持更宽的输入范围。 4若AVDD<20V且 ADCXMDE=0×61,则输入范围为±8715m ADCXMDE=069设置PGA的增益为64、调制器增益为2。调制器增益为2则通过调节调制器内的采样电容实现。 ADCXMDE=×1设置 PGA的增誼为128,调制器增益关闭。 ADOXMDE=0k69噪声稍大一些,但支持更宽的输入范围 若AVDD<20V且 ADOXMDE=0x71,则输入范围为±3828mV Rev. a Page 9 of 24 ADuCM360/ADuCM361 表4正常模式下的典型输出均方根噪声有效位数,采用內部基准电压(12Ⅵ),增益=1、2、4、8和16 不同输入电压范围和增益的有效位数ENOB)1 增益=1 增益=2, 增益=4 增益=8, 增益=16, 更新速率 ±500mV ±250mv, ±125mv ±625mv (Hz) *riE/Sinc ADCXMDE=0x01 ADCXMDE=0x11 ADCxMDE=0x21 ADCXMDE=0x31 ADCxMDE=0x41 3.75 开启/Sinc321 21.1 20.7 (184pp) (184pp (183pp) (181pp) (18.0pp) 关闭/Sinc320.1 19.5 196 194 19.1 (174pp (168p-p) (169pp) (166pp) (164pp) 50 关闭/sinc3193 19.25 19.0 187 (166pp) (165pp) (165pp) (163pp) (160pp) 100 关闭mc3|187 1866 1875 18.6 18.3 (16.0pp) (159pp) (16.0pp (159pp) (15.6pp) 488 关闭/sinc417:9 17.7 178 17.55 17.3 (15.2p-p) 150pp (151p-p (148pp) (145pp) 976 关闭Sinc4174 17.2 17.2 17.2 168 14.7pp) (145p-p) 145p-p) (144pp) (141pp) 1953 关闭/Sin4169 16.6 16.7 16.55 16.3 (142pp) 139p-p) (140pp) (138p-p) (13.6pp) 3906 关闭Sinc415.1 148 149 148 14.6 (124pp) (12.0pp) (122pp) (121pp) (19pp) 1均方根噪声位可通过下式算得:og2(2x输入范围)均方根噪声);pp位可通过下式算得:og2(2×输入范围)/(65×均方根噪声)。 表5正常模式下的典型输出均方根噪声有效位数,釆用内部基准电压(1.2Ⅵ),增益=32、64和128 不同输入电压范围和增益的有效位数ENoB 增益=32, 增益=32, 增益=64, 增益=64 增益=128, 增益=128, ±625mVv ±2218mv ±15625mV,±10.3125mV,±78125mV ±3.98mv 更新速率 ADCXMDE= ADCXMDE= ADCXMDE= ADCXMDE= ADCxMDE= ADCXMDE= 斩波Sinc|0×49 0X51 0x59 0x61 069 0x71 3.75 开启sinc3|198 194 18.7 18.5 18.0 17.2 (171pp (16,7pp) (160pp) (15:8pp) (153pp) (14.5pp) 关闭inc3|182 17.75 17.3 170 1645 156 (15.5pp) (15.0pp) (146pp) (1425pp) (13.7pp) (129pp) 关闭n3180 17.5 1693 166 16.2 153 (152pp) (14.8pp) (142pp) (13.86pp) (13.5pp) (12.55pp 关闭Sinc3174 164 162 (147pp) (14.35pp) (13.7pp) (135pp) (129pp) 488 关闭/sinc4164 16.0 14.6 13.8 (13.7p-p) (133p-p) 12.7pp) (124pp)(119p-p) (110pp) 976 关闭/Sin4159 1491 4.8 14.2 134 (13.2pp) (12.85p-p (12.2Pp) (12.0pp) (115p-p) (10.75pp) 1953 关闭n4|15.1 15.05 144 14.1 13.6 13.0 (124pp) (12.3pp) (116p-p) (114pp) (10.9pp) (10.,pp) 3906 关闭/si4132 13.1 138 128 12.5 (10.5pp) (113p-p) (104pp) (111pp) (10.1pp) (9.75pp) 均方根噪声位可通过下式算得:og2(2×输入范围》均方根噪声);pp位可通过下式算得:og2(2×输入范围】/(66×均方根噪声 Rev. 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