LTC1605及其在HDY-402三频航空电磁仪中的应用

杨志强 李军峰 李文杰 郭 勇

（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000）

HDY-402三频航空电磁仪一直在我国航空物探领域发挥重大作用，至今仍在内蒙古执行航空物探任务。在地质填图[2]、金属矿勘查[3]等应用领域均取得了很好的效果。其中模数转换器的精度、速率对这套仪器中有很大影响，高精度、高速率的模数转换器对提高探测精度，深度有重大意义。在HDY-402三频航空电磁仪中要求实现高分辨率、多通道数据采集的功能。根据设计要求，选用了LTC1605作为模数转换芯片。

1.LTC1605芯片介绍

1.1 LTC1605基本特点

LTC1605是一款由+5V单电源供电的高速、低功耗、16位逐次逼近型A/D转换芯片。转换速率为100ksps，与同类型的AD976与ADS7805相比，它的功耗更低，典型值仅为55mW。输入电压范围为-10V～+10V，与工业标准兼容。芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路，可极大简化用户的电路设计和硬件开销，并可提高系统的稳定性。采用0.3英寸窄型DIP28封装，比标准28引脚封装小一半。

1.2 引脚及功能

图1 LTC1605引脚图

LTC1605共有28个引脚，图1为其引脚图。其主要引脚功能如下。

VIN：模拟电压输入。该引脚和模拟信号源之间需要连接一个200Ω的电阻，输入电压范围为±10V；

AGND1：模拟地。用于REF引脚的参考点；

REF：参考电压输入/输出引脚。该引脚可接内部+2.5V参考电压，也可用外部参考源。通常需要在AGND1和REF引脚之间连接一个2.2μF的钽电容。

CAP：参考缓冲器输出。在CAP和AGND2引脚之间也需要连接一个2.2μF的钽电容；

AGND2：模拟地；

D15～D0：16位转换数据结果输出引脚；

DGND：数字地。

BYTE：字节选择引脚。BYTE为低电平时，6～13引脚上的数据为高字节，15～22引脚上的数据为低字节；当BYTE为高电平时，6～13引脚上的数据为低字节，15～22引脚上的数据为高字节。

VANA：模拟电源，一般为+5V。

VDIG：数字电源，一般为+5V。

1.3 LTC1605工作模式

图2 信号固定为低时的转换时序

图3 利用控制转换和读操作的时序

LTC1605有两种工作模式，第一种转换模式的时序如图2所示。在这一模式中引脚固定为低电平，转换时序由信号的负跳变控制，该信号脉冲宽度至少应为40ns。当变为低电平并延迟t3后信号将变为低电平直到转换完成。转换结束后，移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据所更新。该模式下的采样速率可由信号的负脉冲来决定（即图2中的t11）。

第二种转换模式的时序如图3所示。该模式通过R/C信号来控制转换及输出数据的读出过程。在这一模式中，R/C信号的下降沿必须比脉冲（脉冲宽度40ns）至少提前10ns送到模数转换器的输入引脚，一旦这两个负脉冲到来，并延迟t3后信号将变为低电平直到转换完成，同时将在最多8μs（转换速率100ksps时）后将信号返回高电平，这时转换结果在D0～D15上的数据有效。

1.4 读取AD转换结果

由于LTC1605转换得到的结果为16位。所以对8位单片机而言，需要分两次读入，这个功能由和BYTE来控制实现，数据读取时序如图4所示。设计中用到的是D0～D7（即PINS15 TO 22）8个数据输出口，由图4的时序图可看出在R/高电平期间，当BYTE为低电平时，D0～D7的数据输出为低字节；BYTE为高电平时，D0～D7的数据输出为高字节。

图4 BYTE和控制数据读取时序

LTC1605的转换的结果是以补码形式输出，现给出几种有特定意义的值。表1列出的是LTC1605模拟电压与其补码形式输出的数字输出关系，-10V～9.999695V为量程，305μV为分电压辨率。

表1 模拟电压与数字输出电压的对应关系

2.在HDY-402三频航空电磁仪中的应用

2.1 系统框图

在HDY-402三频航空电磁仪的设计中，LTC1605主要应用于实现数据采集系统中的模数转换功能，图4是数据采集系统的框图。在设计中为了节约成本和空间，采用了多通道共用一个ADC的方式。为了减少输入信号信号的干扰[4]，输入信号先经过通过光耦电路进入电路。再经过由OP07组成的信号调理电路后通过多选开关控制选通，将模拟信号经AD转换成数字信号送入单片机。

图5 HDY-402数据采集系统框图

2.2 LTC1605与单片机的连接

LTC1605与单片机的连接如图6所示。设计中使用的是D0～D7数据输出口。D0～D7跟单片机的P0.0～P0.7口相连。，BYTE 四个控制引脚分别与单片机 P1.4～P1.7相连。

图6 LTC1605连接图

2.3 模数转换的软件设计

单片机程序设计采用C语言，以下给出数据采集、数据处理子程序。数据采集子程序中将引脚始终保持为低电平，利用控制转换。程序中低字节用ul表示，高字节用uh表示，最后整合成16位数据u。程序中_nop_()表示一个指令周期的空操作，在程序中作延迟用，系统中采用的是11.0592MHz晶振，故_nop_()大约是1μs的延迟。

以下为数据处理子程序。由于单片机只是进行初步数据处理，设计中使用了较为简单的算术平均滤波法。连续取12个采样值然后进行算术平均运算得到处理后的值。采用软件滤波法不增加硬件负担，而且滤波方法灵活[5]，在应用中取得良好效果。

3.结束语

LTC1605作为一款低功耗16位AD芯片。不仅分辨率高，转换速度快，而且接口方便，电路简单，应用前景广阔。在HDY-402三频航空电磁仪的使用中取得了良好的效果。

[1]李文杰，孟庆敏，李军峰.我国频率域航空电磁法仪器系统研制回顾与展望[J].物探化探计算技术,2007,29(增刊)：21-24.

[2]袁桂琴，孟庆敏，崔志强.航空视电阻率填图技术在内蒙古自治区二连浩特_东乌旗地区应用研究[J].物探与化探,2010,32(1)：13-17.

[3]崔志强，孟庆敏，胥值礼等.浅析大兴安岭中南段多金属成矿航磁异常特征[J].物探化探计算技术,2011,33(1)：56-62.

[4]栗霄峰，高山，佟新鑫.数据采集模板设计 [J].传感器与微系统,2006,25(11)：49-54.

[5]黄顺，赵修良，赵艳辉等.多路定标器抗干扰软件滤波方法[J].核电子学与探测技术,2008,28(2)：335-338.