MAX146/MAX147的中文資料及應用電路

摘要：介紹了MAXIM公司生產的MAX146/147的特點和工作方式,分析了其串口操作的具體步驟。給出了MAX146/147作為A/D轉換器與CPU的接口設計以及它們之間的同步串行操作方法,同時介紹了濾波電路在減小電源干擾中的應用。

??? 關鍵詞：A/D 串口 干擾 MAX146/147

1 MAX146/147簡介

MAX146/MAX147是MAXIM公司生產的一種通用型A/D轉換器。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）：數據地;

15腳（DOUT）：串口數據輸出;

16腳（SSTRB）：串口急速輸出;

17腳（DIN）：串口數據輸入;

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 控制字節的定義

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

表1 MAX147控制字節定義

2.2 轉換啟動

工作時向DIN引腳輸入被制字節即可啟動轉換。當CS腳為低電平時,在SCLK的每一個上升沿,數據從DIN輸入一位到MAX146/147的內部轉換寄存器。在CS變為低電平后,DIN上第一個到達的邏輯“1”即為控制字節的MSB,即開始啟動轉換信號。在此之前,DIN上“0”位均無效。

2.3 與CPU間的軟件接口

??? 一般情況下應確保CPU的串行接口工作在標準模式,以保證CPU產生串行時鐘,所選時鐘頻率應在100kHz～2MHz。其軟件設計步驟如下：

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

（2）使CPU采用通用I/O線,并使CS為低;

（3）CPU發送TB1,同時接受一個字節RB1,并將其舍去;

（4）使CPU再發送一個字節（00h）,同時再接受一字節RB2;

（5）讓CPU再發送一字節（00h）,同時再接受一字節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RB2、RB3包含了轉換的結果,首位和屬3位都為0。全部轉換過程的時間主要由時鐘的頻率及二字節間的空閑時間來決定,為避免T/H的過多衰減,應保證其全部轉換時間不超過120μs。

2.4 數據輸出

在單極輸入模式中,輸出為無符號二進制數;在雙極模式中,輸出為二進制補碼數,數據在時鐘的下降沿輸出,MSB在前。

2.5 時鐘模式

MAX146/147可采用內部或外部時鐘模式來進行連續逼近的轉換,還可驅動模數轉換的每一步。當控制字節的最后一位輸入后,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換后的連續逼近的位發送到引腳上。當CS為高時,SSTFRB和DOUT為高阻狀態,在CS的下降沿,SSTRB輸出個邏輯低電平。整個轉換過程須在幾毫秒內完成,否則,轉換的結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,應采用內部時鐘模式,否則,采用間隔時間將超過120μs。

3 與TMS320F206的接口設計

TMS320F206與MAX147的外部時鐘模式接口電路如圖3所示。啟動轉換和經串口傳送數據須經以下幾個步驟：

（1）將TMS320F206的CL：KK和CLKR引腳以及MAX147的SCLK引腳設置為輸入狀態和上升沿有效,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動MAX147的引腳,從而使MAX147可從DIN引腳接收到控制字節。

（3）向MAX146/147寫入形如10001111的字節,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的下降沿表示轉換正在進行,該下降沿同時可作為TMS320F206的幀同步信號來通知TMS320F206準備接收數據。

（5）在接下來的16個時鐘信號的每一個下降沿,TMS320F206將讀出轉換結果的每一個數據補充位,與轉換結果無關,應舍去。

（6）變CS為高電平,以使MAX147處于低功耗狀態,直到下一次啟動轉換時,再使之變為低電平。

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,應把數據線和模擬回路彼此分開,同時應禁止數據線和模擬線平行布置,也不能在MAX146/147的下面穿行數據線。

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上,將所有的數據地同樣也接到一個點上,然后再連接在這兩點,而其它的數字地則不能接到模擬輸入的起始端點上。為減小地線上噪聲,輸入端的地線應盡量短,且電阻盡可能小。

電源線上的高頻干擾也會影響A/D轉換的正確轉換工作,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間并聯了兩個電容,其值分別為1μF和0.1μF,同時應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。