ＣＳ５３８１使用起来非常方便，可工作在主、从两种模式下。模式选择可通过管脚２（Ｍ／ Ｓ）来进行。当Ｍ／ Ｓ引脚为高电平时，ＣＳ５３８１工作在主模式（ＭａｓｔｅｒＭｏｄｅ），此时ＬＲＣＫ（其频率等于采样速率）和ＳＣＬＫ是输出管脚；而当Ｍ／ Ｓ为低电平时，ＣＳ５３８１工作在从模式（Ｓｌａｖｅ Ｍｏｄｅ），该模式下，ＬＲＣＫ和ＳＣＬＫ变成输入管脚。如需改变ＣＳ５３８１的采样率，只需控制芯片的ＭＤＩＶ、Ｍ０和Ｍ１这三个管脚的逻辑电平即可。表１所列是主时钟为２４．５７６ＭＨｚ时，不同控制方式时采样速率的对照表。

表1 CS5381采样率控制对照表

MDIV M1 M0 采样速率（Hz）

1 0 0 48K
1 0 1 96K
1 1 0 192K
0/1 1 1 Reserved
0 1 0 384K

    通常２４位ＡＤＣ都会产生一个微小的直流偏移，在ＣＳ５３８１内部有一个数字高通滤波器，可以通过给管脚ＨＰＦ提供一个低电平使该滤波器有效，这样，芯片可以消除直流偏移。另外芯片还带有溢流监测器，当模拟信号的输入电压幅度过大而致使ＡＤＣ转换溢出时，相对应的管脚ＬＦＶ变低，因此，在该管脚与电源之间接一个发光二极管，就可以直观地显示出模拟输入是否溢出，从而根据需要调整前端放大电路的增益。

ＣＳ５３８１的模拟信号为差动输入方式，因此，它的前端要有一个简单的模拟调理电路。ＣＳ５３８１的转换结果是２４位补码形式的串行数据，且左右通道交替输出，可用ＬＲＣＫ的高低电平来进行区分。输出数据有两种格式：左对齐和Ｉ２Ｓ。图２是ＣＳ５３８１的两种数据传输时序。

３　四通道并行采集系统的设计

    图３所示是一个四通道并行采集系统的整体框图，该系统主要由ＴＭＳ３２０ＶＣ３３（以下简称ＶＣ３３）、两片ＣＳ５３８１、一片ＦＰＧＡ（ＥＰＦ１０Ｋ１０）和一个大容量ＦＩ-ＦＯ存储器构成。采集系统与主机的通讯采用ＵＳＢ接口。系统中的一片ＣＳ５３８１工作于主模式，另外一片则工作在从模式下，这样可以保证两片ＡＤＣ工作时严格同步。

    在基于ＣＳ５３８１的采集系统中，如何实现ＣＳ５３８１与ＴＭＳ３２０ＶＣ３３的接口是一个关键问题。具体的设计方案有两种：其一，由于ＣＳ５３８１采用同步串行数据输出方式，而ＴＭＳ３２０ＶＣ３３具有多通道缓冲串口（ＭｃＢＳＰ），因此，可以较为容易地实现二者的硬件连接。其二是通过ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ设计串并转换电路，并把ＣＳ５３８１输出的串行数据转换为并行数据，然后由ＴＭＳ３２０ＶＣ３３通过扩展ＩＯ对数据进行读取。这两种方案相比，第一种方案比较简单，但系统要设计

四个独立的同步采集通道，并要使用两片ＣＳ５３８１，而ＴＭＳ３２０ＶＣ３３只有一个ＭｃＢＳＰ，所以此方案无法采用。第二种方案实现起来相对比较麻烦，硬件成本也较大。它通过把每片ＣＳ５３８１的串行数据转换成８位并行数据并经ＦＩＦＯ缓存，然后由ＴＭＳ３２０ＶＣ３３通过中断和ＤＭＡ方式对四个通道的转换数据进行读取。

    串并转换电路设计是ＣＳ５３８１和ＴＭＳ３２０ＶＣ３３接口电路的核心部分，它负责将ＣＳ５３８１输出的串行数据转换为并行数据并存储在ＦＩＦＯ中，同时产生相应的ＦＩＦＯ写信号。具体设计时，应当考虑以下三个问题：

（１） 对于ＣＳ５３８１在左右通道的数据，除了２４位转换结果数据外，还应输出一个８位的附加信息，因此，输出一道数据时，总共有３２个时钟输出，而最后８位数据是无用的，这样，就需要有一个禁止逻辑来防止８位附加数据也写入到ＦＩＦＯ中。

（２） 由于串行输出时钟ＳＣＬＫ在ＣＳ５３８１工作期间是一直存在的，因此，在启动和结束串并转换时，应该有一个控制逻辑来使串并转换电路只有在ＬＲ-ＣＫ的上升沿（或者下降沿）触发下才能进行数据转换，以保证左右通道数据顺序的确定性。

（３） 转换电路要有使能控制，以便控制信号的采集时间。

４　测试结果

    该采集系统利用标准信号源进行正弦信号采集测试，下面是对两种频率的正弦信号进行测试的结果分析。其中第一种测试结果如图４所示。对于１０ｋＨｚ的正弦信号，ＣＳ５３８１的主时钟ＭＣＬＫ为２４．５７６ＭＨｚ、它具有６４倍的过采样率（采样速率ｆｓ＝ＭＣＬＫ／６４＝１９２ｋＨｚ），采样时间Ｔ为１ｍｓ。由采样结果和功率谱可以看出：系统中的ＣＳ５３８１采样数据在频率域的动态范围在１２０ｄＢ以上。

    把系统采样速率ｆｓ设置为３８４ｋＨｚ时，对７５ｋＨｚ正弦信号的采样结果及功率谱估计如图５所示，由采样结果可以看出：ＣＳ５３８１可以在３８４ｋＨｚ的采样速率下对更高频率的信号进行采样，但从功率谱可以看出，此时动态范围及信噪比都在８０ｄＢ左右，可见采样精度有较大幅度的降低。若要完成更高频率信号的采样，在对采样精度要求不是特别高时，可以考虑采用这种方式。

    由此可以看出，由ＣＳ５３８１构成的这种采集系统具有分辨率高、动态范围大等特点，在混场源电磁法接收机中得到了很好的应用，可以对带宽为ＤＣ～７５ｋＨｚ、动态范围为１２０ｄＢ的电磁信号进行高精度数据采集。