双通道12位串行A/D转换器MAX144及其应用

１　主要特点

ＭＡＸ１４４是美国ＭＡＸＩＭ公司生产的新型双通道１２位串行模数转换器，它具有自动关断和快速唤醒功能，且内部集成有时钟电路，采样／保持电路；同时具有转换速率高、功耗低等优点，特别适合于由电池供电且对体积和精度有较高要求的智能仪器仪表产品。ＭＡＸ１４４的主要特点如下：

●单电源供电?电压范围为＋２．７～＋５．２５Ｖ；

●带有两路模拟信号输入通道ＣＨ０和ＣＨ１?其模拟信号电压范围为０～ＶＲＥＦ；

●采样频率最高可达１０８ｋｓｐｓ；

●功耗低， 当ＶＤＤ为３．６Ｖ，且在采样频率达到最大值１０８ｋｓｐｓ时，功耗仅３．２ｍＷ；

●具有与ＳＰＩ／ＱＳＰＩ／ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ兼容的串行接口。

２　引脚功能

ＭＡＸ１４４采用ＤＩＰ８封装形式，其引脚功能如下：

ＶＤＤ：正电源端，＋２．７～＋５．２５Ｖ；

ＣＨ０／ＣＨ１：模拟信号输入通道；

ＧＮＤ：模拟地／数字地；

ＲＥＦ：外部参考电压输入，用作模数转换基准电压；

ＣＳ／ＳＨＤＮ：该脚为低电平时，为片选输入；为高电平时，为掉电模式输入；

ＤＯＵＴ：串行数据输出端；

ＳＣＬＫ：串行时钟输入端。

３　使用说明

３．１ 模拟信号输入

ＭＡＸ１４４的两个模拟输入通道ＣＨ０与ＣＨ１可连接到两个不同的信号源上。上电复位后，ＭＡＸ１４４将自动对ＣＨ０通道的模拟信号进行Ａ／Ｄ转换，转换完毕又自动切换到ＣＨ１通道，并对ＣＨ１通道模拟信号进行Ａ／Ｄ转换，之后交替地在ＣＨ０和ＣＨ１通道间进行切换和转换。输出数据中包含的一个通道标志位ＣＨＩＤ?用以确定该数据为哪一通道转换得到。如果只有一路模拟信号，可以将ＣＨ０与ＣＨ１连接在一起作为一个输入通道，但输出的数据中仍包含有通道标志位ＣＨＩＤ。

图2

    ＭＡＸ１４４内部有模拟输入保护电路，因而容许输入信号在ＧＮＤ－３００ｍＶ到ＶＤＤ＋３００ｍＶ范围内变化，如果要求的转换精度较高，则输入信号不得大于ＶＤＤ＋５０ｍＶ? 且不能小于ＧＮＤ－５０ｍＶ。

３．２ 时钟模式和工作时序

将ＣＳ／ＳＨＤＮ设置为低电平可启动Ａ／Ｄ转换过程，在ＣＳ／ＳＨＤＮ的下降沿，内部采样／保持电路将进入采样模式，此时如果ＳＣＬＫ为高电平，则选择内部时钟模式；若为低电平则选择外部时钟模式。图２给出了内部和外部时钟模式的时序图。当串行时钟频率小于１００ｋＨｚ或大于２．１７ＭＨｚ时，应选择内部时钟模式。当工作于外部时钟模式时，由于外部时钟不仅要移出数据，而且要驱动模数转换，因此，Ａ／Ｄ转换必须在１４０μｓ内完成，否则采样／保持电路中电容上电压的降低可能导致转换结果精度的降低。转换结束后，内部振荡电路被关闭，ＤＯＵＴ变为高电平，此时即可读取转换数据。

３．３ 输出数据格式

表１为内部和外部时钟模式下的串行输出数据格式。由表１可知，串行数据输出格式是高位在前，低位在后。读取一个转换数据至少需要１６个时钟周期，前三位始终为高电平（内部时钟模式时还包括ＥＯＣ位），第四位是通道标志位ＣＨＩＤ，ＣＨＩＤ为０表示ＣＨ０通道，即数据为ＣＨ０通道转换所得；ＣＨＩＤ为１表示ＣＨ１通道，即数据为ＣＨ１通道转换所得；接下来就是１２位的Ａ／Ｄ转换数据，最高有效位在前，每一位数据在ＳＣＬＫ上升沿被移出；转换结束后，ＣＳ／ＳＨＤＮ变为高电平，此时ＤＯＵＴ呈高阻抗状态。

表1 MAX14的数据输出格式

４　ＭＡＸ１４４在水平调整仪中的应用

图３是ＭＡＸ１４４成功应用于水平调整仪的实例。该水平调整仪有两路模拟信号，需要对这两路模拟信号进行交替的转换，并根据转换结果对两个方向交替的信号进行水平调整，ＭＡＸ１４４正好可以满足此要求。模拟信号经过放大和滤波后连接到ＭＡＸ１４４的ＣＨ０和ＣＨ１端口。

由于模拟信号电压范围为０～２．０Ｖ? 因此可将ＭＡＸ１４４的参考基准电压设置为２．０４８Ｖ? 这样可以提高转换精度，也便于转换后数据的后续处理，２．０４８Ｖ的基准电压可由ＲＥＦ１９１提供。ＭＡＸ１４４与单片机的接口十分简单，只需三根Ｉ／Ｏ线即可，该电路采用内部时钟模式，单片机通过编程产生串行时钟，并按时序读出数据，其Ａ／Ｄ转换子程序如下：

ＳＥＴＢ Ｐ１．５

ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＣＬＲ Ｐ１．５ ?;启动Ａ／Ｄ转换

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ ?;延时４μｓ, 唤醒时间至少２．５μｓ

ＣＬＲ Ｐ１．７ ?;开始采样

ＪＮＢ Ｐ１．６? ＄ ?;等待Ａ／Ｄ转换结束

ＭＯＶ Ｒ７, ＃８ ?;读取高８位存于Ｒ３中

Ｈ８? ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＭＯＶ Ｃ? Ｐ１．６ ?;读一位数据

ＲＬＣ Ａ ?;数据位移入Ａ

ＣＬＲ Ｐ１．７

ＤＪＮＺ Ｒ７, Ｈ８

ＭＯＶ Ｒ３, Ａ

ＭＯＶ Ｒ７, ＃８ ?;读取低８位存于Ｒ２中

Ｌ８? ＳＥＴＢ Ｐ１．７

ＭＯＶ Ｃ? Ｐ１．６ ?;读一位数据

ＲＬＣ Ａ ?;数据位移入Ａ

ＣＬＲ Ｐ１．７

ＤＪＮＺ Ｒ７, Ｌ８

ＭＯＶ Ｒ２, Ａ

ＲＥＴ

图3

    转换后的数据（１６位）可以存于Ｒ３Ｒ２中，通过标志位ＣＨＩＤ可以区分ＣＨ０和ＣＨ１通道，然后将高４位屏蔽即可得到实际的Ａ／Ｄ转换数据。

由于输入信号一般都含有各种噪声和干扰，为了得到精确的转换数据，输入信号应串接一个４７０Ω的电阻，并接一个０．０１μＦ的旁路电容，以削弱开关电容滤波器所产生的时钟噪声。编程时可采用数字滤波程序，如中值滤波，平均值滤波等。在设计电路板时，模拟信号输入通路应尽可能短，模拟信号和数字信号应分开布线；模拟地与数字地也应隔离，并在ＭＡＸ１４４的地线附近将两者短接；正电源ＶＤＤ引入的高频噪声也会影响转换精度，因此，可以采用２个并联旁路电容网络将其滤除。

ＭＡＸ１４４与其他的串行接口标准（如ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ等）相兼容，可直接与具备ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ串行接口的微处理器进行接口。