MAX146/MAX147的原理及應(yīng)用電路

1 MAX146/147簡介

MAX146/MAX147是MAXIM公司生產(chǎn)的一種通用型A/D轉(zhuǎn)換器。它具有8個單端輸入通道或4個差動輸入通道。采用單電源供電,其中MAX146的工作電壓為2.7～3.6V、MAX147的工作電壓為2.7～5.25V;MAX146還帶有2.5V內(nèi)置參考電壓。它們的功耗較低：在3V/133kps時其電源電流為1.2mA,而在掉電模式時僅為1μA。另外,還與SPI/QSPI/Microwire/TMS320兼容,并具有4線串行接口;可用軟件配置單/雙極輸入。

MAX146/147的管腳排列如圖1所示,它具有20腳DIP/SSOP兩種封裝形式。其中MAX147的20個管腳功能如下：

1～8腳（CH0～CH7）：模擬信號輸入端;

9腳（COM）：模擬信號輸入的參考地;

10腳（SHDN）：三態(tài)輸入端;

11腳（VREF）：參考緩沖輸出/ADC參考輸入;

12腳（REF ADJ）：參考電壓輸入端;

13腳（AGND）：模擬地;

14腳（DGND）：數(shù)據(jù)地;

15腳（DOUT）：串口數(shù)據(jù)輸出;

16腳（SSTRB）：串口急速輸出;

17腳（DIN）：串口數(shù)據(jù)輸入;

18腳（CS）：低有效片選信號;

19腳（SCLK）：串行時鐘輸入;

20腳（VDD）：5V電源輸入。

2 MAX146/147的工作方式

2.1 控制字節(jié)的定義

MAX146/147的控制字節(jié)由八位組成,分別為bit7～bit1,具體功能如表1所列。

表1 MAX147控制字節(jié)定義

2.2 轉(zhuǎn)換啟動

工作時向DIN引腳輸入被制字節(jié)即可啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng)CS腳為低電平時,在SCLK的每一個上升沿,數(shù)據(jù)從DIN輸入一位到MAX146/147的內(nèi)部轉(zhuǎn)換寄存器。在CS變?yōu)榈碗娖胶?DIN上第一個到達(dá)的邏輯“1”即為控制字節(jié)的MSB,即開始啟動轉(zhuǎn)換信號。在此之前,DIN上“0”位均無效。

2.3 與CPU間的軟件接口
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 一般情況下應(yīng)確保CPU的串行接口工作在標(biāo)準(zhǔn)模式,以保證CPU產(chǎn)生串行時鐘,所選時鐘頻率應(yīng)在100kHz～2MHz。其軟件設(shè)計步驟如下：

（1）設(shè)置控制字節(jié)TB1為外部時鐘模式的格式為：1xxxxx11B,其中xxxxx用來控制通道及轉(zhuǎn)換模式;

（2）使CPU采用通用I/O線,并使CS為低;

（3）CPU發(fā)送TB1,同時接受一個字節(jié)RB1,并將其舍去;

（4）使CPU再發(fā)送一個字節(jié)（00h）,同時再接受一字節(jié)RB2;

（5）讓CPU再發(fā)送一字節(jié)（00h）,同時再接受一字節(jié)RB3;

（6）為CS為高電平。

圖2給出了這一過程的時序圖。其中字節(jié)RB2、RB3包含了轉(zhuǎn)換的結(jié)果,首位和屬3位都為0。全部轉(zhuǎn)換過程的時間主要由時鐘的頻率及二字節(jié)間的空閑時間來決定,為避免T/H的過多衰減,應(yīng)保證其全部轉(zhuǎn)換時間不超過120μs。

2.4 數(shù)據(jù)輸出

在單極輸入模式中,輸出為無符號二進(jìn)制數(shù);在雙極模式中,輸出為二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù),數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿輸出,MSB在前。

2.5 時鐘模式

MAX146/147可采用內(nèi)部或外部時鐘模式來進(jìn)行連續(xù)逼近的轉(zhuǎn)換,還可驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換的每一步。當(dāng)控制字節(jié)的最后一位輸入后,SSTRB升高一個時鐘周期,并在12個時鐘脈沖的每個下降沿將轉(zhuǎn)換后的連續(xù)逼近的位發(fā)送到引腳上。當(dāng)CS為高時,SSTFRB和DOUT為高阻狀態(tài),在CS的下降沿,SSTRB輸出個邏輯低電平。整個轉(zhuǎn)換過程須在幾毫秒內(nèi)完成,否則,轉(zhuǎn)換的結(jié)果會被采樣保持的電容所衰減。在串行時鐘的頻率低于100kHz時,應(yīng)采用內(nèi)部時鐘模式,否則,采用間隔時間將超過120μs。

3 與TMS320F206的接口設(shè)計

TMS320F206與MAX147的外部時鐘模式接口電路如圖3所示。啟動轉(zhuǎn)換和經(jīng)串口傳送數(shù)據(jù)須經(jīng)以下幾個步驟：

（1）將TMS320F206的CL：KK和CLKR引腳以及MAX147的SCLK引腳設(shè)置為輸入狀態(tài)和上升沿有效,且都工作在外部時鐘方式。

（2）在TMS320F206的XF引腳輸出低電平以驅(qū)動MAX147的引腳,從而使MAX147可從DIN引腳接收到控制字節(jié)。

（3）向MAX146/147寫入形如10001111的字節(jié),以使MAX147可工作在單端、單極、外部時鐘模式,000表示MAX146/147的第一管腳為模擬信號輸入端。

（4）MAX147的SSTRB引腳的輸出用于給TMS320F206的FSR引腳提供輸入信號,SSTRB的下降沿表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行,該下降沿同時可作為TMS320F206的幀同步信號來通知TMS320F206準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。

（5）在接下來的16個時鐘信號的每一個下降沿,TMS320F206將讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的每一個數(shù)據(jù)補(bǔ)充位,與轉(zhuǎn)換結(jié)果無關(guān),應(yīng)舍去。

（6）變CS為高電平,以使MAX147處于低功耗狀態(tài),直到下一次啟動轉(zhuǎn)換時,再使之變?yōu)榈碗娖健?/span>

4 MAX146/147的參考接線方法

為使MAX46/147更好地工作,推薦使用印刷電路板,盡量不用漆包線連接。在印刷電路板布線時,應(yīng)把數(shù)據(jù)線和模擬回路彼此分開,同時應(yīng)禁止數(shù)據(jù)線和模擬線平行布置,也不能在MAX146/147的下面穿行數(shù)據(jù)線。

圖4所示為推薦的接線方法。即將所有的模擬地接到輸入端的模擬地的一個點(diǎn)上,將所有的數(shù)據(jù)地同樣也接到一個點(diǎn)上,然后再連接在這兩點(diǎn),而其它的數(shù)字地則不能接到模擬輸入的起始端點(diǎn)上。為減小地線上噪聲,輸入端的地線應(yīng)盡量短,且電阻盡可能小。

電源線上的高頻干擾也會影響A/D轉(zhuǎn)換的正確轉(zhuǎn)換工作,為此,圖4中在MAX146/147的電源輸入腳VDD與上述的模擬地輸入起點(diǎn)間并聯(lián)了兩個電容,其值分別為1μF和0.1μF,同時應(yīng)使電容的兩個管腳盡量短,以減小從電源上引入干擾。在電源上干擾幅值很大時,可按圖中所示在VDD和電源間再接一個10Ω的電阻,組成一個低通濾波器。