数据显示：AD7150-用于接近传感的超低功耗、2通道电容转换器

垩摄冷光源

特征
●超低功耗
●27V至36V，100μA
●响应时间：10ms
●适应性环境补偿
●2个单独的电容输入通道
●传感器电容（CSENS）0pF至13pF
●灵敏度为1fF
●EMC测试
●2种操作模式
●具有固定设置的单独设备
●与微控制器连接，用于用户定义设置
●2个接近检测输出标志
●2线串行接口（兼容I2C）
●工作温度:-40°C至+85°C
●10导联MSOP封装
应用
●接近感测
●非接触式开关
●位置检测
●电平检测
一般说明
AD7150为电容式接近传感器提供了一个完整的信号处理解决方案，具有超低功率转换器和速响应时间。AD7是AD7150的单通道、低功耗替代品。
AD7150使用AnalogDeces，股份有限的电容-数字转换器（CDC）技术，该技术结合了与真传感器接口的重要功能，如高输入灵敏度和输入寄生接地电容和漏电流的高容限。
集成自适应阈值算法补偿了由于湿度和温度等环境因素或由于介电材料随时间变化而导致的传感器电容的任何变化。
默认情况下，AD7150使用固定的加电设置在单独模式下运行，并在两个数字扬声器上指示检测。或者，AD7150可以通过串行接口连接到微控制器，内部寄存器可以用用户定义的设置进行编程，数据和状态可以从零件中读取。AD7150使用27V至36V的电源。它在-40°C至+85°C的温度范围内指定。
架构
AD7150内核是一种高性能电容到数字转换器（CDC），允许该部件直接连接到电容式传感器。比较器将CDC结果与阈值进行比较，阈值可以是固定的，也可以是由片上自适应阈值算法引擎动态调整的。因此，输出指示输入传感器电容的定义变化。
AD7150还集成了一个用于电容输入的激励源和CAPDAC、一个输入多路复用器、一个完整的时钟发生器、一个断电定时器、一个电源监视器、控制器和一个I2C?兼容的串行接口，用于配置部件和访问内部CDC数据和状态（如果系统需要）。
电容数字转换器
下图显示了CDC的简化功能图。该转换器由二阶∑-Δ、电荷平衡调制器和阶数字滤波器组成。测量的电容CX连接在激励源和∑-Δ调制器输入之间。在转换过程中，激励信号被施加在CX上，调制器连续采样通过CX的电荷。数字滤波器处理调制器输出，这是一个包含0和1密度信息的0和1流。数据由自适应阈值引擎和输出比较器处理；数据也可以通过串行接口读取。

AD7150专为浮动电容式传感器而。因此，两个CX板必须与接地或系统中的任何其他固定电位节点隔离。AD7150具有励磁电压输出的转换速率限制功能，可降低励磁信号中高次谐波的能量，显著提高系统电磁兼容性（EMC）。
电容转换器
AD7150CDC内核的比较大满标度输入范围为4pF。但是，该部件可以接受更高的输入电容，高达10pF的偏移（非变化组件）电容可以通过可编程片上CAPDAC进行平衡。
CAPDAC可以理解为内部连接到CIN引脚的负电容。CAPDAC具有6次解和单调传递函数。下图显示了使用CAPDAC移动CDC4pF输入范围以测量10pF和14pF之间的电容。

比较器和阈值模式
AD7150比较器及其阈值可以编程为在几种不同模式下运行。在自适应模式下，阈值是动态调整的，比较器输出指示速变化，忽略输入（传感器）电容的缓慢变化。或者，阈值可以被编程为一个恒定（固定）值，然后输出指示输入电容中超过定义的固定阈值的任何变化。
AD7150逻辑输出（高电平）表示在自适应和固定阈值模式下输入电容的正变化或负变化。此外，仅对于自适应模式，比较器可以作为窗口比较器工作，指示所选灵敏度带内或外的输入。
自适应阈值
在自适应模式下，阈值会动态调整，确保指示速变化（例如，物体靠近电容式接近传感器），并消除输入（传感器）电容的缓慢变化，这通常是由环境变化引起的，如湿度或温度或传感器介电材料随时间的变化。
数据平均值
自适应阈值算法基于从先前的CDC输出数据计算的平均值。平均值对输入电容阶跃变化的响应（更确切地说，对CDC输出数据变化的响应）是一条指数稳定曲线，其特征可以用以下方程来描述：

其中：Average（N）是输入阶跃变化后平均N个完整CDC转换周期的值。Average（0）是步长更改前的值。通过对安装寄存器中的ThrSettling位进行编程，可以在2到65536之间的范围内选择TimeConst，而不是2的幂次方。
敏感
在自适应阈值模式下，输出比较器阈值设置为高于数据平均值、低于数据平均值或两者兼而有之的定义距离（灵敏度），具体取决于所选的阈值操作模式。灵敏度值可在12位CDC转换器的0到255LSB范围内编程（请参阅寄存器描述部分）。
磁滞
在自适应阈值模式下，比较器具有滞后特性。磁滞固定在阈值灵敏度的四分之一，可以编程打开或关闭。比较器在固定阈值模式下没有磁滞。
超时
在电容性输入发生大而长的变化的情况下，当数据平均值适应新条件可能需要太长时间时，可以设置超时。当CDC数据超出数据平均值±灵敏度范围时，超时变为有效（计数）。当超时过去时（计算了定义数量的CDC转换），数据平均值（以及阈值）被迫立即遵循新的CDC数据值。超时可以单独设置，用于接近（数据向阈值变化）和后退（数据远离阈值变化）。
AUTOCAPDAC调整
在自适应阈值模式下，该部件可以动态调整CAPDAC，以使CDC保持在比较佳工作容量范围内。当启用AutoDAC功能时，当数据平均值超过CDC满量程的四分之时，CAPDACvalue会自动递增，当数据均值低于CDC满量程四分之一时，CAPDACvalue会递减。AutoDAC增量或减量步长取决于所选的CDC电容输入范围。请参阅安装寄存器部分。
电源关闭定时器
在对电源敏感的应用中，AD7150可以设置为在输出未被激活的编程时间段后自动进入断电模式。然后，AD7150可以通过串行接口或电源开关顺序恢复到正常操作模式。
电源监控器
当AD7150VDD电源电压降至正确CDC操作所需的设定水平以下时，片上电源监测器会停止自适应阈值逻辑并将其保持在重置状态。VDD达到所需电平后，阈值逻辑被释放，数据平均值被重置为在正确电源电压下完成的首次转换的值。
此功能可防止自适应阈值在VDD电压缓慢上升后设置不正确，或因VDD电压意外下降而损坏。其他AD7150功能在电源监控阈值以下继续工作，低至约10V18V，具体电平取决于制造工艺的变化。在低VDD电压区域，该部分仍然可以通过串行接口访问并继续转换。但是，转换结果可能不正确，因此，如果零件在电源监视器阈值以下运行，则数据不应被视为有效。通过读取AD7150状态寄存器中的PwrDown位，可以确定电源监控器的状态。
串行接口
AD7150支持I2C兼容的2线串行接口。串行总线（接口）上的两条线称为SCL（时钟）和SDA（数据）。这两条线通过总线一次一位地将所有寻址、控制和数据信息传输到所有连接的外围设备。SDA线承载数据，而SCL线在数据传输过程中同步发送器和接收器。总线上的设备分为主设备或从设备。发起数据传输消息的设备称为主设备，而响应此消息的设备则称为从设备。
要在总线上控制AD7150设备，必须遵循以下协议。首先，主设备通过建立启动条件来启动数据传输，该启动条件由SDA上的高-低转换定义，而SCL保持为高。这表示后面是起始字节。这个8位起始字节由7位地址和RW位指示符组成。
连接到总线的所有外围设备都会对启动条件做出响应，并在接下来的8位（7位地址+RW位）中移位。比特首先到达MSB。识别传输地址的外围设备在第九个时钟脉冲期间通过将数据线拉低来做出响应。这被称为确认比特。所有其他设备此时退出总线并保持空闲状态。一个例外是通用呼叫地址，在通用呼叫部分进行了描述。在空闲状态下，设备监控SDA和SCL线路交换的启动状态和正确的地址字节。
RW位决定数据传输的方向。起始字节中的逻辑0LSB表示主设备将信息写入所寻址的外围设备。在这种情况下，AD7150将成为从属接收器。起始字节中的逻辑1LSB表示主设备从寻址的外围设备读取信息。在这种情况下，AD7150变成了一个slavetransmitter。在所有情况下，AD7150都充当串行总线上的标准从属设备。AD7150的起始字节地址为0x90表示写入，0x91表示读取。
读取操作
当在起始字节中选择读取时，地址指针当前寻址的寄存器由AD7150传输到SDA线。然后，这由主设备计时，AD7150等待主设备的确认。
如果从主机收到确认，地址自动递增器会自动递增地址点寄存器，并将下一个寻址的寄存器内容输出到SDA线，以传输到主机。如果没有收到确认，AD7150将空闲状态，地址指针不会递增。地址指针的自动递增将块数据从起始地址和后续增量地址写入或读取。
在连续转换模式下，应使用地址指针的自动递增器来读取转换结果。这意味着应该使用一个多字节读取事务而不是两个单独的单字节事务来读取这两个数据字节。单字节数据读取事务可能导致来自两个不同结果的数据字节混合。如果两个电容通道都启用，则这同样适用于四个数据字节。
用户还可以一对一地访问任何仅有的寄存器（地址），而需更新所有寄存器。法读取地址指针寄存器内容。如果访问了错误的地址指针位置，或者用户允许自动递增器超过所需的寄存器地址，则适用以下情况：
?在读取模式下，AD7150继续输出各种内部寄存器内容，直到主设备发出确认、启动或停止条件。当在读取操作结束时收到停止条件时，地址指针的自动递增器内容被重置为指向0x00地址的状态寄存器。这允许连续读取（轮询）状态寄存器，而需不断写入地址指针。
?在写入模式下，效地址的数据不会加载到AD7150寄存器中，但AD7150会发出确认。
写入操作
当选择写入时，起始字节后面的字节始终是寄存器地址指针（子地址）字节，它指向AD7150上的一个内部寄存器。地址指针字节会自动加载到地址指针寄存器中，并由AD7150确认。在地址指针字节确认后，可以从主设备发出停止条件、重复启动条件或另一个数据字节。停止条件由SDA上的低到高转换定义，而SCL保持高。如果AD7150遇到停止条件，它将到空闲状态，地址指针重置为0x00。
如果数据字节在寄存器地址指针字节之后传输，AD7150会将该字节加载到当前由地址指针寄存器寻址的寄存器中，并发送错误信息，地址指针自动递增器会自动将地址指针寄存器递增到下一个内部寄存器地址。因此，后续传输的数据字节被加载到顺序递增的地址中。
如果在地址指针字节之后遇到重复的启动条件，则连接到总线的所有外围设备都会按照之前概述的启动条件进行响应；也就是说，重复的启动条件被视为启动条件。当主设备发出停止条件时，它会放弃对总线的控制，允许另一个主设备控制总线。因此，想要保持对总线控制的主机会发出连续的启动条件，称为重复启动条件。
AD7150重置
为了在不重置整个串行总线的情况下重置AD7150，提供了一个显式的重置命令。这使用特定的地址指针字作为命令字来重置零件并上传所有默认设置。在默认值上传期间，AD7150对串行总线命令没有响应（不确认）约2毫秒。重置命令地址字为0xBF。
全呼
当主机发出一个由七个0组成的从机地址，其中第八位（RW位）设置为0时，这被称为通用调用地址。通用调用地址用于对连接到串行总线的每个设备进行寻址。AD7150确认此地址并读取以下数据字节。
如果第二个字节为0x06，则AD7150重置，完全上传所有默认值。在故障值上传期间，AD7150在大约2毫秒内不响应串行总线命令（不确认）。AD7150不确认任何其他通用调用命令。




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