雙通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX144及其應(yīng)用

１　主要特點(diǎn)

ＭＡＸ１４４是美國ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的新型雙通道１２位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有自動關(guān)斷和快速喚醒功能，且內(nèi)部集成有時(shí)鐘電路，采樣／保持電路；同時(shí)具有轉(zhuǎn)換速率高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于由電池供電且對體積和精度有較高要求的智能儀器儀表產(chǎn)品。ＭＡＸ１４４的主要特點(diǎn)如下：

●單電源供電?電壓范圍為＋２．７～＋５．２５Ｖ；

●帶有兩路模擬信號輸入通道ＣＨ０和ＣＨ１?其模擬信號電壓范圍為０～ＶＲＥＦ；

●采樣頻率最高可達(dá)１０８ｋｓｐｓ；

●功耗低， 當(dāng)ＶＤＤ為３．６Ｖ，且在采樣頻率達(dá)到最大值１０８ｋｓｐｓ時(shí)，功耗僅３．２ｍＷ；

●具有與ＳＰＩ／ＱＳＰＩ／ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ兼容的串行接口。

２　引腳功能

ＭＡＸ１４４采用ＤＩＰ８封裝形式，其引腳功能如下：

ＶＤＤ：正電源端，＋２．７～＋５．２５Ｖ；

ＣＨ０／ＣＨ１：模擬信號輸入通道；

ＧＮＤ：模擬地／數(shù)字地；

ＲＥＦ：外部參考電壓輸入，用作模數(shù)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓；

ＣＳ／ＳＨＤＮ：該腳為低電平時(shí)，為片選輸入；為高電平時(shí)，為掉電模式輸入；

ＤＯＵＴ：串行數(shù)據(jù)輸出端；

ＳＣＬＫ：串行時(shí)鐘輸入端。

３　使用說明

３．１ 模擬信號輸入

ＭＡＸ１４４的兩個(gè)模擬輸入通道ＣＨ０與ＣＨ１可連接到兩個(gè)不同的信號源上。上電復(fù)位后，ＭＡＸ１４４將自動對ＣＨ０通道的模擬信號進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢又自動切換到ＣＨ１通道，并對ＣＨ１通道模擬信號進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，之后交替地在ＣＨ０和ＣＨ１通道間進(jìn)行切換和轉(zhuǎn)換。輸出數(shù)據(jù)中包含的一個(gè)通道標(biāo)志位ＣＨＩＤ?用以確定該數(shù)據(jù)為哪一通道轉(zhuǎn)換得到。如果只有一路模擬信號，可以將ＣＨ０與ＣＨ１連接在一起作為一個(gè)輸入通道，但輸出的數(shù)據(jù)中仍包含有通道標(biāo)志位ＣＨＩＤ。

圖2

    ＭＡＸ１４４內(nèi)部有模擬輸入保護(hù)電路，因而容許輸入信號在ＧＮＤ－３００ｍＶ到ＶＤＤ＋３００ｍＶ范圍內(nèi)變化，如果要求的轉(zhuǎn)換精度較高，則輸入信號不得大于ＶＤＤ＋５０ｍＶ? 且不能小于ＧＮＤ－５０ｍＶ。

３．２ 時(shí)鐘模式和工作時(shí)序

將ＣＳ／ＳＨＤＮ設(shè)置為低電平可啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換過程，在ＣＳ／ＳＨＤＮ的下降沿，內(nèi)部采樣／保持電路將進(jìn)入采樣模式，此時(shí)如果ＳＣＬＫ為高電平，則選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式；若為低電平則選擇外部時(shí)鐘模式。圖２給出了內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式的時(shí)序圖。當(dāng)串行時(shí)鐘頻率小于１００ｋＨｚ或大于２．１７ＭＨｚ時(shí)，應(yīng)選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式。當(dāng)工作于外部時(shí)鐘模式時(shí)，由于外部時(shí)鐘不僅要移出數(shù)據(jù)，而且要驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換必須在１４０μｓ內(nèi)完成，否則采樣／保持電路中電容上電壓的降低可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果精度的降低。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，內(nèi)部振蕩電路被關(guān)閉，ＤＯＵＴ變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)即可讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

３．３ 輸出數(shù)據(jù)格式

表１為內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式下的串行輸出數(shù)據(jù)格式。由表１可知，串行數(shù)據(jù)輸出格式是高位在前，低位在后。讀取一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)至少需要１６個(gè)時(shí)鐘周期，前三位始終為高電平（內(nèi)部時(shí)鐘模式時(shí)還包括ＥＯＣ位），第四位是通道標(biāo)志位ＣＨＩＤ，ＣＨＩＤ為０表示ＣＨ０通道，即數(shù)據(jù)為ＣＨ０通道轉(zhuǎn)換所得；ＣＨＩＤ為１表示ＣＨ１通道，即數(shù)據(jù)為ＣＨ１通道轉(zhuǎn)換所得；接下來就是１２位的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，最高有效位在前，每一位數(shù)據(jù)在ＳＣＬＫ上升沿被移出；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ＣＳ／ＳＨＤＮ變?yōu)楦?strong>電平，此時(shí)ＤＯＵＴ呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。

表1 MAX14的數(shù)據(jù)輸出格式

４?。停粒兀保矗丛谒秸{(diào)整儀中的應(yīng)用

圖３是ＭＡＸ１４４成功應(yīng)用于水平調(diào)整儀的實(shí)例。該水平調(diào)整儀有兩路模擬信號，需要對這兩路模擬信號進(jìn)行交替的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果對兩個(gè)方向交替的信號進(jìn)行水平調(diào)整，ＭＡＸ１４４正好可以滿足此要求。模擬信號經(jīng)過放大和濾波后連接到ＭＡＸ１４４的ＣＨ０和ＣＨ１端口。

由于模擬信號電壓范圍為０～２．０Ｖ? 因此可將ＭＡＸ１４４的參考基準(zhǔn)電壓設(shè)置為２．０４８Ｖ? 這樣可以提高轉(zhuǎn)換精度，也便于轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，２．０４８Ｖ的基準(zhǔn)電壓可由ＲＥＦ１９１提供。ＭＡＸ１４４與單片機(jī)的接口十分簡單，只需三根Ｉ／Ｏ線即可，該電路采用內(nèi)部時(shí)鐘模式，單片機(jī)通過編程產(chǎn)生串行時(shí)鐘，并按時(shí)序讀出數(shù)據(jù)，其Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換子程序如下：

ＳＥＴＢ Ｐ１．５

ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＣＬＲ Ｐ１．５ ?;啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ ?;延時(shí)４μｓ, 喚醒時(shí)間至少２．５μｓ

ＣＬＲ Ｐ１．７ ?;開始采樣

ＪＮＢ Ｐ１．６? ＄ ?;等待Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)束

ＭＯＶ Ｒ７, ＃８ ?;讀取高８位存于Ｒ３中

Ｈ８? ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＭＯＶ Ｃ? Ｐ１．６ ?;讀一位數(shù)據(jù)

ＲＬＣ Ａ ?;數(shù)據(jù)位移入Ａ

ＣＬＲ Ｐ１．７

ＤＪＮＺ Ｒ７, Ｈ８

ＭＯＶ Ｒ３, Ａ

ＭＯＶ Ｒ７, ＃８ ?;讀取低８位存于Ｒ２中

Ｌ８? ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＭＯＶ Ｃ? Ｐ１．６ ?;讀一位數(shù)據(jù)

ＲＬＣ Ａ ?;數(shù)據(jù)位移入Ａ

ＣＬＲ Ｐ１．７

ＤＪＮＺ Ｒ７, Ｌ８

ＭＯＶ Ｒ２, Ａ

ＲＥＴ

圖3

    轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)（１６位）可以存于Ｒ３Ｒ２中，通過標(biāo)志位ＣＨＩＤ可以區(qū)分ＣＨ０和ＣＨ１通道，然后將高４位屏蔽即可得到實(shí)際的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

由于輸入信號一般都含有各種噪聲和干擾，為了得到精確的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，輸入信號應(yīng)串接一個(gè)４７０Ω的電阻，并接一個(gè)０．０１μＦ的旁路電容，以削弱開關(guān)電容濾波器所產(chǎn)生的時(shí)鐘噪聲。編程時(shí)可采用數(shù)字濾波程序，如中值濾波，平均值濾波等。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，模擬信號輸入通路應(yīng)盡可能短，模擬信號和數(shù)字信號應(yīng)分開布線；模擬地與數(shù)字地也應(yīng)隔離，并在ＭＡＸ１４４的地線附近將兩者短接；正電源ＶＤＤ引入的高頻噪聲也會影響轉(zhuǎn)換精度，因此，可以采用２個(gè)并聯(lián)旁路電容網(wǎng)絡(luò)將其濾除。

ＭＡＸ１４４與其他的串行接口標(biāo)準(zhǔn)（如ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ等）相兼容，可直接與具備ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ串行接口的微處理器進(jìn)行接口。