MAX1464數(shù)字傳感器信號調(diào)理器常見問題解答

摘要：MAX1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微處理器的數(shù)字式傳感器信號調(diào)理器，該器件還集成了閃存和溫度傳感器。本文給出了用戶可能提出的各種各樣的問題和疑問，并針對每個問題給出了簡短的回答。若想得到更深入的解答，用戶可參考MAX1464數(shù)據(jù)資料以及該產(chǎn)品的其他相關(guān)公開資料。另外，Maxim的技術(shù)支持小組也是一個很有益的資源，從他們那里可以獲得這里或其他相關(guān)資料中無法得到的答案。

1) 問：什么是MAX1464?
答： MAX1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微處理器的數(shù)字式傳感器信號調(diào)理器，該器件還集成了閃存和溫度傳感器

2) 問： MAX1464信號調(diào)理器的典型應(yīng)用是什么？
答： MAX1464的典型應(yīng)用是為傳感器的小信號輸出進行補償、放大及線性化處理。傳感器類型包括PRT、RTD、熱電偶、應(yīng)變計等等。

3) 問： 針對MAX1464，都提供哪些技術(shù)支持？
答： 我們提供各種各樣的技術(shù)支持，包括評估套件、軟件工具、程序例程、應(yīng)用筆記、在線/電話技術(shù)支持，等等。

4) 問： MAX1464評估套件里都有什么東西？
答： 評估套件包括一個評估板(內(nèi)置MAX1464信號調(diào)理器，其典型應(yīng)用電路和用于模擬MAX1464傳感器輸入的電位器)，一個用于與PC接口的MAX1464KEY，一些MAX1464樣品，和互連電纜。

5) 問： MAX1464提供哪些軟件工具呢？
答： 軟件工具包括：
1) 編譯器，用于編程片上微控制器。
2) 硬件調(diào)試器，可以對內(nèi)部功能和模塊進行交互式控制。
3) 以及一個采用LabVIEW®編寫的控制程序，該程序內(nèi)置二階補償功能，可以在更高層次上與MAX1464進行通信。

6) 問： 是否提供一些MAX1464的程序例程？
答： 提供。評估套件中的軟件提供了一些例程編碼，可在Maxim網(wǎng)站上找到。例程采用匯編語言，包括二階補償算法、LED閃爍程序和一個典型的環(huán)路功能。

7) 問： 有沒有一些針對MAX1464的應(yīng)用筆記？
答： 有，下面給出了已發(fā)布的應(yīng)用筆記的列表。同時正在編寫其他應(yīng)用筆記，未來會發(fā)布更多相關(guān)信息。
1) 二階補償(應(yīng)用筆記3649)：MAX1464 Signal Conditioner, Sensor Compensation Algorithm
2) 比例電流源(應(yīng)用筆記3364)：Creating a Ratiometric Current Excitation in Sensors Using the MAX1464 Signal Conditioner
3) 溫度傳感器(應(yīng)用筆記3650)：MAX1464的片上溫度傳感器

關(guān)于大多數(shù)應(yīng)用，MAX1463的應(yīng)用筆記同樣也適用于MAX1464。

8) 問： 每啟動一次ADC周期，需要等待多長時間才開始采樣？
答： 運行ADC指令的同時ADC便啟動采樣，這一過程將持續(xù)整個ADC周期。

9) 問： 一次ADC轉(zhuǎn)換都要經(jīng)歷哪些過程？
答： 在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，ADC根據(jù)ADC時鐘設(shè)置(MAX1464數(shù)據(jù)資料第32頁給出了ADC時鐘表格)連續(xù)執(zhí)行采樣。Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器在整個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，產(chǎn)生信號的比特流輸出。這個比特流經(jīng)過數(shù)字化處理后產(chǎn)生一個16位輸出結(jié)果。隨后，停止該輸入信道的采樣。因此，如果輸入信號在ADC轉(zhuǎn)換過程中改變了，其結(jié)果將是轉(zhuǎn)換周期內(nèi)輸入的平均值。

10) 問： 在ADC采樣的時候，是不是從最低位或者從最高位開始呢？
答： 與傳統(tǒng)的SAR型或集成轉(zhuǎn)換器不同，Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器不是先轉(zhuǎn)換出低位或高位。在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，比特流輸出經(jīng)過濾波。應(yīng)用筆記1870，Demystifying Sigma-Delta ADCs，簡要描述了Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器，作為補充材料可供參考。

11) 問： 在不損壞器件的前提下，MAX1464的最高電源電壓是多少？
答： 在MAX1464上接入6.0V電源似乎不會損壞器件。雖然沒有任何官方資料記載，但在實際應(yīng)用中，我們將這一電壓加在ASIC上，幾分鐘之后將電壓恢復(fù)到正常電源電壓，并未明顯損壞器件。當(dāng)然，當(dāng)電源電壓高于5.5V時，器件工作特性將不能滿足數(shù)據(jù)資料的參數(shù)指標(biāo)。

12) 問： 能使用MAX1464測量RTD或K型熱電偶嗎？
答： 可以。用戶必須保證INM和INP上的電壓值高于VSS而低于VDD。如果需要附加增益的話，可以使用DOP中的運放構(gòu)成模擬增益級，用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號?？梢詫⒋嗽鲆婕壍妮敵鲚斎氲紸DC用于轉(zhuǎn)換，或者可以采用ADC環(huán)回轉(zhuǎn)換模式直接轉(zhuǎn)換運放輸出。

13) 問： MAX1463和MAX1464之間有什么區(qū)別？
答： 主要區(qū)別在于：
1) MAX1464沒有ISRC引腳。
2) MAX1464沒有VB引腳。
3) MAX1464的外部基準(zhǔn)電壓只能等于2.5V (VDD的1/2)。
4) MAX1464的PGA增益設(shè)置可以用于溫度轉(zhuǎn)換。
5) MAX1464的溫度傳感器為正斜率(MAX1463為負斜率)，而且可以調(diào)整增益。
6) 其他細小的差別，參見MAX1464數(shù)據(jù)資料。

14) 問： MAX1463和MAX1464有哪些寄存器定義不同？
答： 寄存器定義存在三個變化：
1) 重新定義寄存器08h - “ADC_Config_TA”，增加了用于溫度轉(zhuǎn)換的PGA增益(PGAT[4：0]=ADC_Config_TA[15：11])設(shè)置。其他位保持不變。
2) 寄存器31h - “上電控制”，PWRWFL位(第12個位)不用了，在MAX1464中，它變?yōu)?ldquo;don't-care”。
3) 寄存器33h - “電流源控制”，被取消了。

15) 問： MAX1463與MAX1464的內(nèi)部溫度傳感器是否相同呢？
答： 不相同。MAX1464的溫度傳感器輸出相對溫度為正斜率，而MAX1463剛好相反。另外，MAX1464溫度傳感器的輸出可增加PGA增益功能，而MAX1463則不行。

16) 問： 我的設(shè)置是正確的，卻無法與MAX1464通信。出了什么問題呢？
答： 可能的原因是：
1) 沒有正確設(shè)置評估板的跳線。
2) 3線或4線通信時，MAX1464KEY、跳線設(shè)置和配置設(shè)置之間的設(shè)置不匹配。
3) 電腦的串口有問題。
4) 評估板故障。
5) 評估板上的MAX1464芯片出現(xiàn)故障。
6) MAX1464KEY出現(xiàn)故障。

17) 問： 3線和4線接口之間有什么區(qū)別？
答： MAX1464串口可以采用4線SPI™兼容模式或3線模式(上電缺省狀態(tài))。在3線模式下，應(yīng)該將DI和DO線連在一起，用作雙向數(shù)據(jù)線。

18) 問： 3線和4線通信時，我都能使用硬件調(diào)試器嗎？
答： 可以。

19) 問： 3線和4線通信時，我都能使用控制程序嗎？
答： 可以。

20) 問： 怎樣實現(xiàn)評估板的3線通信和4線通信兩個模式之間的切換？
答： 可以通過將DI和DO引腳連接在一起或分開，從而實現(xiàn)3線或4線通信。通過連接或者移除JU4上的短路器，可實現(xiàn)3線和4線模式的切換。3線模式將DI和DO引腳短接，允許用戶通過單根線實現(xiàn)與MAX1464的通信。

21) 問： 溫度傳感器輸出與VDD成比例嗎？
答： 是的。溫度傳感器的輸出與VDD成比例，因此如果VDD滿足MAX1464數(shù)據(jù)資料的規(guī)范，則所最終正確的溫度讀數(shù)與VDD電壓無關(guān)。

22) 問： INPx和INMx輸入電壓所允許的共模電壓范圍是什么？
答： 只要GND和VDD滿足MAX1464數(shù)據(jù)資料規(guī)范，共模輸入電壓范圍為GND到VDD。

23) 問： 對于所有PGA增益設(shè)置，共模電壓范圍的規(guī)范都一樣嗎？
答： 是的。

24) 問： MAX1464輸入阻抗隨PGA增益設(shè)置變化嗎？如何改變？
答： 是的。下列表達式給出了輸入阻抗相對PGA設(shè)置的函數(shù)，其中“f”是ADC時鐘頻率，而“gain”是PGA增益。MAX1464數(shù)據(jù)資料第2頁至第7頁的Electrical Characteristics (EC)表給出了對應(yīng)差分和單端輸入的情況下，輸入阻抗與PGA設(shè)置關(guān)系的部分列表。

增益 = 1 ... 64時，RIN = (4 x 1012) / (f x 增益)
增益 = 80 ... 128時，RIN = (8 x 1012) / (f x 增益)
增益 = 160 ... 256時，RIN = (16 x 1012) / (f x 增益)

25) 問： 傳感器輸出阻抗和MAX1464輸入阻抗之間有什么關(guān)系？它們之間如何互相影響的？
答： MAX1464的輸入級采用開關(guān)電容。因此，在ADC采樣期間，電流周期性的流入ADC輸入端。等效來講，在每個采樣間隔的初期，輸入阻抗很小(大的電流流入電容器)，而在每個采樣間隔的末期，輸入阻抗變得非常大(電容幾乎被充滿了，電流幾乎等于零)。因此可以通過合理選擇INM-INP上的濾波元件(RC過濾器)，或者降低ADC時鐘頻率來實現(xiàn)合理的輸入阻抗。

26) 問： 改變轉(zhuǎn)換速率如何影響轉(zhuǎn)換分辨率？
答： 轉(zhuǎn)換分辨率與轉(zhuǎn)換速率無關(guān)。任意介于0.256ms與262.14ms之間的轉(zhuǎn)換速率均可實現(xiàn)9位至16位分辨率。參考MAX1464數(shù)據(jù)資料第33頁上的ADC分辨率和ADC轉(zhuǎn)換時間表格。

27) 問： ADC時鐘的設(shè)置與微控制器時鐘無關(guān)嗎？
答： 是的。對于任意給定的系統(tǒng)時鐘(內(nèi)部或外部)，可以根據(jù)MAX1464數(shù)據(jù)資料中的ADC時鐘表格設(shè)置ADC時鐘。

28) 問： ADC時鐘頻率和功耗之間有什么關(guān)系？
答： 功耗與ADC時鐘頻率呈近似線性關(guān)系。ADC時鐘頻率越低，功耗越低。MAX1464數(shù)據(jù)資料的EC表格中給出了1MHz和7kHz的時鐘頻率下，ADC的電流損耗。其他頻率上的功耗可通過這兩點之間的連線來近似逼近。

29) 問： 如何平衡功耗和轉(zhuǎn)換速率？
答： 降低ADC時鐘頻率FADC，可降低系統(tǒng)工作的功耗。時鐘頻率越低，所需的工作電流就越小。如果系統(tǒng)仍然具有足夠的功耗開銷，可以采用最高的時鐘頻率FADC，通過犧牲功耗來換取轉(zhuǎn)換速率性能的提高。MAX1464數(shù)據(jù)資料中的ADC轉(zhuǎn)換時間表概括了不同的分辨率和時鐘頻率設(shè)置下，ADC的轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間可由下面公式得出：

TCONVERT = (每次轉(zhuǎn)換的FADC時鐘數(shù)) / FADC

“每次轉(zhuǎn)換的時鐘數(shù)”是所期望得到的轉(zhuǎn)換分辨率的函數(shù)。

30) 問： MAX1464的額定數(shù)據(jù)保存年限與溫度之間存在什么關(guān)系？
答： 在室溫下，器件的額定數(shù)據(jù)保存年限為100年。在額定工作溫度范圍內(nèi)，可以保證10年的數(shù)據(jù)保存年限。

31) 問： MAX1464中的閃存容量是多少？
答： MAX1464閃存分為兩個區(qū)。第0區(qū)有4kB，用于存儲CPU校正、放大和線性化輸入信號的程序。第1區(qū)有128B，用于保存用戶信息。CPU不能訪問第1區(qū)。

32) 問： 4kB閃存可以存儲多大的程序？
答： 4kB閃存空間相對于傳感器應(yīng)用已經(jīng)足夠大了。例如，可以在不多于4kB的閃存空間里，保存具備以下功能的程序：
1) 測量一路差分輸入
2) 測量兩路單端輸入
3) 讀取一路片外溫度傳感器
4) 讀VDD
5) 設(shè)置兩路模擬輸出
6) 采用GPIO引腳配置報警觸發(fā)點
7) 實現(xiàn)二階補償

當(dāng)然，編程技巧通常也是影響內(nèi)存空間使用效率的重要因素。

33) 問： MAX1464微處理器有哪些指令？
答： MAX1464具有16個指令，用于運行傳感器補償、放大，以及傳感器輸出信號線性化等所有計算。MAX1464數(shù)據(jù)資料給出了所有指令的詳細說明。

MAX1464指令集

OP-CODE (HEX)	MNEMONIC	OPERATION
0X	LDX	Load register X from program memory.
1X	CLX	Clear X-reg
2X	ANX	A-reg = A-reg AND X-reg
3X	ORX	A-reg = A-reg OR X-reg
4X	ADX	A-reg = A-reg ADD X-reg
5X	STX	X-reg = A-reg
6X	SLX	Shift left X-reg
7X	SRX	Shift right X-reg propagating sign bit
8X	INX	X-reg = X-reg + 1
9X	DEX	X-reg = X-reg - 1
AX	NGX	X-reg = NOT X-reg
BX	BPX	Branch positive I-reg by amount in X-reg
CX	BNX	Branch not zero I-reg by amount in X-reg
DX	RDX	A-reg = CPU port-X
EX	WRX	CPU port-X = A-reg
F3	MLT	A-reg | M-reg = M-reg multiplied by N-reg; register op code must be 3h

34) 問： 如何編程MAX1464？
答： 編譯器作為MAX1464評估板軟件工具的一部分同時附贈給客戶，用于開發(fā)匯編程序并對其進行編譯。隨后由編譯器對匯編程序進行編譯，進而得到一個.hex文件，該文件可通過所提供的工具(硬件調(diào)試器或控制程序)，下載到MAX1464內(nèi)部閃存內(nèi)。

35) 問： 硬件調(diào)試器與哪些Windows平臺兼容？
答： 硬件調(diào)試器可以在Windows® 95/98/2000/NT/XP下運行。

36) 問： MAX1464的DLL與哪些Windows平臺兼容？
答： MAX1464的DLL可以在Windows 95/98/2000/NT/XP下運行。

37) 問： MAX1464的DLL在什么平臺下開發(fā)？
答： MAX1464的DLL在C++平臺下通過標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用開發(fā)。

38) 問： 能通過Visual Basic調(diào)用MAX1464的DLL函數(shù)么？
答： 可以。所有基于Windows的OS都可以調(diào)用DLL。由Maxim開發(fā)的控制程序采用C語言來調(diào)用DLL。要使用Visual Basic或其他平臺調(diào)用DLL，必須使用stdCall DLL。評估板提供的MAX1464 DLL是采用C語言調(diào)用。關(guān)于stdCall方面的信息，請聯(lián)系Maxim技術(shù)支持小組。

39) 問： MAX1464適用于什么樣的輸入電壓？
答： 理論上，MAX1464可接受1mV到5V的輸入電壓。實際上，輸入范圍取決于所需的滿量程輸出和分辨率。MAX1464能夠分17級，實現(xiàn)高達244倍的模擬信號放大倍數(shù)。更高的放大倍數(shù)可以通過數(shù)字方式實現(xiàn)。采用數(shù)字方式實現(xiàn)信號放大將以降低分辨率為代價。

40) 問： 如何使用硬件調(diào)試器？
答： 硬件調(diào)試器包括多個標(biāo)簽，用于訪問相關(guān)寄存器和端口，以及將閃存里的內(nèi)容加載到文件中，等等?？梢允褂糜布{(diào)試器來了解MAX1464的功能、寄存器，和端口。

41) 問： 如何使用控制程序？
答： 控制程序主要是為用戶補償傳感器提供一個方便的工具。控制程序包括一些功能按鈕，通過它們實現(xiàn)一系列底層的、預(yù)先設(shè)定的操作，例如“讀ADC”，加載文件到MAX1464的內(nèi)部閃存，等等?？刂瞥绦蚩捎糜趫?zhí)行二階溫度補償。

42) 問： MAX1464中不用的運放可以另作他用嗎？
答： 可以。MAX1464的每個通道對應(yīng)有兩個運放。任何時候，如果只有一個運放與輸出端相連，則那個不用的運放可以作為緩沖器使用，或可以提供附加增益。

43) 問： MAX1464閃存的第1區(qū)有什么功能？
答： 閃存的第1區(qū)用于保存用戶信息，例如序列號、器件歷史、生產(chǎn)信息、日期，等等。CPU不能訪問第1區(qū)。只能通過SPI接口對該區(qū)進行寫操作和讀操作。

44) 問： CPU程序能訪問MAX1464閃存的第1區(qū)(用戶部分)嗎？
答： 不能。第1區(qū)只能通過SPI接口訪問。第1區(qū)可以用來控制MAX1464的工作狀態(tài)。

45) 問： MAX1464有多少個輸入通道？
答： 兩個差分輸入或四個單端輸入，以及九個環(huán)回輸入。

46) 問： 補償過程中，如何最大化ADC范圍？
答： 只有正確設(shè)置ADC輸入的粗調(diào)偏置和PGA增益，才能得到最大的ADC范圍。正確設(shè)置粗調(diào)偏置和PGA增益的步驟，請參考MAX1460數(shù)據(jù)資料的第七頁。

47) 問： 補償時，如何使溫度傳感器的分辨率最大化？
答： 只有正確設(shè)置溫度傳感器轉(zhuǎn)換的粗調(diào)偏置和PGA增益，才能得到最大的溫度傳感器的分辨率。正確設(shè)置粗調(diào)偏置和PGA增益的步驟，請參見MAX1460數(shù)據(jù)資料的第七頁。

48) 問： 量產(chǎn)時，能使用控制程序中的二階補償算法進行實際補償嗎？
答： 可以?？梢詫⒛０逦募械南禂?shù)采用傳感器量產(chǎn)模型中所定義的系數(shù)替代。

49) 問： 啟動控制程序的時候，控制程序窗口上的‘DUT?’按鈕并沒有變成綠色？怎么回事？
答： PC無法識別MAX1464。有很多可能性，包括：
1) 安裝不正確。確認安裝和接線與MAX1464評估板數(shù)據(jù)資料的說明一致。同時確認電源電壓是否正確，并且加在了評估板上面適當(dāng)?shù)慕K端模塊。
2) 評估板上的跳線設(shè)置不正確。確認跳線與MAX1464評估板數(shù)據(jù)資料的說明一致。
3) 3線或4線通信時，MAX1464KEY、跳線設(shè)置和配置設(shè)置不匹配。
4) 電腦并口有問題。
5) 評估板故障。觀察評估板并確認有沒有器件損壞或丟失。所有的評估板在出廠時都經(jīng)過檢測。
6) 評估板上的MAX1464芯片損。更換MAX1464 ASIC。
7) MAX1464KEY出現(xiàn)故障。

50) 問： 啟動控制程序的時候，出現(xiàn)‘file operation’錯誤提示。什么原因？
答： 啟動時，控制器找不到要加載的某個或多個文件。兩個可能的原因為：
1) “MAX1464 Main.exe”啟動所在的文件夾中的“MAX1464.ini”丟失。
2) “MAX1464.ini”文件中的所列的文件在文件夾中無法找到。

51) 問： 調(diào)節(jié)評估板上的電位器，MAX1464的輸入沒有發(fā)生任何變化。怎么回事？
答： 兩個可能的原因如下：
1) 沒有安裝跳線JU11和JU12。
2) 電位器有問題。這一可能性很小?？梢酝ㄟ^測量電位器各個端子的電阻來校驗電位器的好壞。