Q值。我需要數據轉換器以適應狹小的空間，我懷疑串行接口會有所幫助。選擇和使用一個我需要知道什么？

A。讓我們首先看一下串行接口的工作方式，然后將其與并行接口進行比較。在此過程中，我們將消除有關串行數據轉換器的一些神話。

該圖顯示了連接到串行端口的AD7890 8通道多路復用12位串行A / D轉換器（ADC）。 ADSP-2105數字信號處理器（DSP）。還顯示了DSP用于與ADC通信的時序。構成轉換結果的12位作為串行數據流通過單線傳輸。數據流還包括三個附加位，用于標識AD7890多路復用器當前選擇的輸入通道。為了區(qū)分串行數據流的位，必須通常由DSP提供時鐘信號（SCLK）;但是，有時ADC會將此時鐘作為輸出提供。 DSP通常（但不總是）提供額外的成幀脈沖，該通信脈沖在通信開始時的一個周期內有效，或者如圖所示（TFS / RFS），在發(fā)送期間有效。

在本例中，DSP的串行端口用于編程ADC中的內部5位寄存器。寄存器的位控制諸如選擇要轉換的通道，將器件置于掉電模式以及開始轉換等功能。顯然，在這種情況下，串行接口必須是雙向的。

另一方面，并行ADC直接（或可能通過緩沖器）連接到與其連接的處理器的數據總線。該圖顯示AD7892與ADSP-2101接口。轉換完成后，AD7892會中斷DSP，通過單次讀取ADC的解碼存儲器地址來響應。

串行和并行數據轉換器之間的關鍵區(qū)別在于數量需要的接口線。從節(jié)省空間的角度來看，由于減少了器件引腳數，串行轉換器具有明顯的優(yōu)勢。這使得可以將12位串行ADC或DAC封裝在8引腳DIP或SO封裝中。更重要的是，節(jié)省了電路板空間，因為串行接口連接需要更少的PCB軌道。

Q.我的數模轉換器必須遠離中央處理器并彼此遠離。處理此問題的最佳方法是什么？

A.最初，您必須決定是使用串行DAC還是并行DAC。使用并行DAC，您可以將每個DAC映射到內存映射的I / O位置，如圖所示。然后，您只需對相應的I / O位置執(zhí)行寫入命令即可對每個DAC進行編程。然而，這種配置具有明顯的缺點。它需要并行數據總線以及一些控制信號到所有遠程位置。顯然，一個串行接口，可以只有兩根電線，更經濟。

串行轉換器通常不能映射到處理器的內存中。但是許多串行DAC可以連接到處理器的串行I / O端口。然后，處理器上的其他端口可用于生成片選信號，以單獨啟用DAC。片選信號需要從每個器件到接口的線路。但是處理器上可以配置為發(fā)送芯片選擇信號的線路數量可能會有限制。

解決此問題的一種方法是使用可以菊花鏈式連接在一起的串行DAC 。該圖顯示了如何將多個DAC連接到單個I / O端口。每個DAC都有一個串行數據輸出（SDO）引腳，該引腳連接到鏈中下一個DAC的串行數據輸入（SDI）引腳。 LDAC和SCLK并行饋送到鏈中的所有DAC。由于時鐘輸入SDI的數據最終出現(xiàn)在SDO（N個時鐘周期之后），因此單個I / O端口可以尋址多個DAC。但是，端口必須輸出長數據流（每個DAC的N位乘以鏈中的設備數）。這種配置的最大優(yōu)點是不需要設備解碼。所有設備都有效地位于相同的I / O位置。菊花鏈的主要缺點是可訪問性（或延遲）。要更改單個DAC的狀態(tài)，處理器仍必須從I / O端口輸出完整的數據流。

Q.如果串行數據轉換器節(jié)省了太多的空間和線路，為什么不在每個對空間敏感的應用中使用它們？

A。串行接口的主要缺點是空間速度的權衡。例如，要對并行DAC進行編程，只需將數據置于數據總線上，然后通過單脈沖將其計入DAC。但是，當寫入串行DAC時，這些位必須按順序計時（N位轉換器為N個時鐘脈沖），然后是加載脈沖。處理器的I / O端口花費相當多的時間與串行轉換器通信。因此，吞吐率高于500 ksps的串行轉換器并不常見。

Q值。我的8位處理器沒有串行端口。有沒有辦法將AD7893等串行12位ADC連接到處理器的并行總線？

A。它當然可以使用外部移位寄存器來完成，該寄存器是串行（并且異步）加載，然后輸入處理器的并行端口。但是，如果問題的意義是“沒有外部邏輯”，則可以將串行ADC接口，就好像它是1位并行ADC一樣。將轉換器的SDATA引腳連接到處理器的數據總線之一（它連接到圖中的D0）。使用一些解碼邏輯，轉換器可以映射到處理器的一個存儲器位置，以便可以使用12個連續(xù)的讀取命令讀取轉換結果。然后，附加軟件命令將讀取的12個字節(jié)的LSB集成到一個12位并行字中。

這種技術有時被稱為“位沖擊”，非常從軟件角度來看效率低下。但在處理器運行速度比轉換器快得多的應用中可能是可以接受的。

Q.在最后一個示例中，處理器寫入信號的門控版本用于啟動AD7893上的轉換。這種方法有問題嗎？

A。我很高興你發(fā)現(xiàn)了這一點。在此示例中，可以通過對AD7893的映射存儲器位置進行虛擬寫操作來啟動轉換。沒有數據交換，但處理器提供開始轉換所需的寫脈沖。從硬件角度來看，這種配置非常簡單，因為它避免了生成轉換信號的需要。但是，在交流數據采集應用中不推薦使用該技術，其中必須定期對信號進行采樣。即使處理器被編程為對ADC進行周期性寫入，寫入脈沖上的相位抖動也會嚴重降低可達到的信噪比（SNR）。選通過程可能使寫信號抖動更加嚴重。例如，采樣時鐘相位抖動電平僅為1 ns，會使理想的100 kHz正弦波的SNR降低到約60 dB（小于10個有效位分辨率）。還存在一個額外的危險，即采樣信號上的過沖和噪聲會進一步降低模數轉換的完整性。

Q.我應該選擇具有異步串行接口的轉換器嗎？

A。異步鏈接允許設備相互交換非時鐘數據。必須首先將設備編程為使用相同的數據格式。這涉及設置特定數據速率（通常以波特或每秒位數表示）。定義如何啟動和結束傳輸的約定也是必要的。我們使用名為 start 和 stop 位的可識別數據序列來執(zhí)行此操作。傳輸還可以包括便于錯誤檢測的奇偶校驗位。

該圖顯示了AD1B60數字化信號調理器如何與PC的異步COM端口連接。這是一個3線雙向接口（為清晰起見，省略了地線）。請注意，接收和傳輸線路在線路的另一端交換角色。

異步數據鏈接在設備偶爾進行通信的應用程序中很有用。由于每次傳輸都包含啟動和停止位，因此設備可以通過簡單地輸出其數據隨時啟動通信。由于不再需要時鐘和控制信號，因此減少了設備之間的連接數量。

Q.我正在考慮的ADC數據表建議在串行接口上使用非連續(xù)時鐘。為什么？

A。規(guī)范可能要求在轉換過程中時鐘保持不活動狀態(tài)。有些ADC需要這樣做，因為連續(xù)的數據時鐘可以通過器件的模擬部分，并對轉換的完整性產生不利影響。如果I / O端口具有成幀脈沖，則在轉換期間可以中斷連續(xù)時鐘信號;它被用作門控信號，僅在數據傳輸期間啟用串行時鐘到轉換器。

Q.什么使器件SPI或MICROWIRE兼容？

A。SPI（串行外設接口）和MICROWIRE分別是Motorola和National Semiconductor開發(fā)的串行接口標準。大多數同步串行轉換器可以輕松連接到這些端口;但在某些情況下，可能需要額外的“粘合”邏輯。

Q.好。我決定放棄偏見，在我目前的設計中使用串行ADC。我剛剛按照數據表的規(guī)定連接了它。當我的micro讀取轉換結果時，ADC似乎總是輸出FFFHEX。發(fā)生了什么事？

A。也許您遇到了通訊問題。我們需要查看ADC和處理器之間的連接以及如何設置時序和控制信號。我們還需要查看中斷結構。下一部分將回到此問題，討論設計串行接口時遇到的問題。