MAX1403能夠提供具有獨立編程(增益從1V/V~+128V/V)的三路真差動輸入通道,,并能補償輸入?yún)?shù)電壓的直流失調(diào)。而這三路真差動輸入通道還能組成五路偽差動輸入通道,。另外,,該芯片還具有兩個附加的差動校正通道,它能對增益和失調(diào)誤差進行校正,。
MAX1403 能夠?qū)λ休斎胄盘栠M行處理,,并通過串行數(shù)字接口向外提供轉(zhuǎn)換結(jié)果。當主機時鐘頻率為2.4576MHz或1.024MHz時,,片內(nèi)數(shù)字濾波器能夠?qū)€路頻率和有關(guān)諧波頻率進行處理,,并使這些頻率的幅值為零。以使在無需外接濾波器的條件下也能獲得較好的濾波效果,,同時,,這也有助于提高輸出端數(shù)字信號的質(zhì)量。
MAX1403的主要特點如下:
●分辨率為18位,;
●具有8個寄存器,;
●功耗低
●具有兩個匹配的傳感器激勵電流源;
●3個真差動輸入或5個偽差動輸入通道,;
●2個附加輸入校正通道,;
●帶有一個雙向串行通訊接口;
●模擬電源和數(shù)字電源采用獨立供電方式,;
●可用軟件控制增益和失調(diào),。
2 引腳功能
MAX1403芯片采用28引腳SSOP封裝,它的引腳排列如圖1所示,。各引腳功能如下:
CLKIN:時鐘輸入引腳,;
CLKOUT:時鐘輸出引腳。使用外部晶振時,,將外部晶振連在CLKIN和CLKOUT之間,;當使用外部其它時鐘信號時,其時鐘信號(頻率為2.4576MHz或1.024MHz)在CLKIN輸入,,而CLKOUT不連,。
CS:片選輸入引腳。低電平有效,。當CS為低電平時,,允許芯片工作在三線接口模式,并能選擇串行接口上的多個器件或作為幀同步信號,。
RESET:復(fù)位輸入引腳,。低電平有效。當RESET為低電平時,能使控制邏輯,、接口邏輯,、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器在上電后復(fù)位;RESET為高電平時,,退出復(fù)位,。
DS1:輔助數(shù)字輸入位1的數(shù)字輸入引腳;
DS0:輔助數(shù)據(jù)輸入位0的數(shù)字輸入引腳,;
OUT2:傳感器激勵電流源2,;
OUT1:傳感器激勵電流源1;
AGND:模擬地,。為模擬電路的參考點,;
V+:模擬正電源電壓輸入引腳,選擇范圍為+2.7V~+3.6V,;
AIN1~AIN6:分別為模擬輸入通道1~6腳,;
CALGAIN-:增益校正負輸入引腳;
CALGAIN+:增益校正正輸入引腳,;
REFIN-:差動參考負輸入引腳,;
REFIN+:差動參考正輸入引腳;
CALOFF-:失調(diào)校正負輸入引腳,;
CALOFF+:失調(diào)校正正輸入引腳,;
DGND:數(shù)字地引腳。為數(shù)字電路參考點,;
VDD:數(shù)字電源電壓輸入引腳,。范圍在+2.7V~+3.6V之間;
INT:中斷輸出引腳,;
DOUT:串行數(shù)據(jù)輸出引腳,;
DIN:串行數(shù)據(jù)輸入引腳;
SCLK:串行時鐘輸入引腳,;
3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MAX1403的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,。從圖中可以看出,該芯片由一個開關(guān)結(jié)構(gòu),、一個調(diào)制器,、一個PGA(可編程增益放大器)、兩個緩沖器,、一個DAC,、一個數(shù)字濾波器、一個振蕩器,、兩個匹配的傳感器激勵電流源和一個雙向串行通訊接口組成,。
4 主要參數(shù)
為了能充分發(fā)揮MAX1403的性能和正確使用它,,必須對推薦參數(shù)和極限參數(shù)有一個定量的了解,現(xiàn)將主要參數(shù)說明如下:
4.1 工作參數(shù)
MAX1403的推薦工作參數(shù)如下:
●模擬電源電壓(V+):2.7V~3.6V,;
●數(shù)字電源電壓(VDD):2.7V~3.6V;
●參考電壓:1.25V,;
●時鐘頻率:2.4576MHz,;
●無漏碼精度:16位;
●模擬輸入電壓:(VAGND-30mV)~(V++30mV),;
●數(shù)字輸入電壓:0.4V~2V,;
●數(shù)字輸出電壓:0.4V~(VDD-0.3V);
●工作溫度:
MAX1403CA1:0~+70℃,;
MAX1403EA1:-40~+85℃ ,;
●功耗:2~22mW;
4.2 極限參數(shù)
下面是MAX1403 ADC芯片的極限參數(shù),。
●模擬電源電壓(V+):-0.3V~+6V,;
●數(shù)字電源電壓(VDD):-0.3V~+6V;
●模擬地與數(shù)字地間的電壓:-0.3V~+0.3V,;
●模擬輸入電壓:-0.3V~(V++0.3V),;
●模擬輸出電壓:-0.3V~(V++0.3V);
●參考電壓:-0.3V~(V++0.3V),;
●所有數(shù)字輸出電壓:-0.3V~(VDD+0.3V),;
●所有其它數(shù)字輸入電壓:-0.3V~+6V;
●時鐘輸入和時鐘輸出電壓:-0.3V~(VDD+0.3V),;
●功耗:50mW,。
5 應(yīng)用電路
由于MAX1403具有多種功能,所以在各種寬動態(tài)范圍(電子稱和壓力傳感器)和串行接口的單片機系統(tǒng)中頗受歡迎,,下面給出幾個主要的應(yīng)用電路,。
5.1 RTD應(yīng)用電路
由MAX1403 和少量外圍元件組成的3線RTD實用線路如圖3所示。圖中的兩個電流源(200μA)是經(jīng)過嚴格匹配的,,其目的是為了補
償3線RTD線路中的誤差,。在3線 RTD電路中,如果只作用一個電流源,,那么引線電阻將會對系統(tǒng)產(chǎn)生誤差,,此時200μA電流通過RL1將產(chǎn)生一個誤差電壓并加到PGA的兩上輸入端(AIN1和AIN2)。如果再使用另一個大小和前一個電流源大小相等的電流源,。那么該電流源在RL2也將產(chǎn)生一個誤差電壓,,其大小和RL1的誤差電壓大小相同,方向相反,,從而可保證AIN1和AIN2輸入端的誤差電壓為零,,即不受引線電阻的影響,。圖3中的參考電壓是由一個電流源(200μA)在 12.5kΩ電阻的壓降提供的,這樣設(shè)置能保證ADC獲得更精確的比率結(jié)果,。
4線RTD應(yīng)用電路如圖4所示,。該圖與3線RTD線路唯一的區(qū)別是測量輸入端AIN1和AIN2沒有引線電阻產(chǎn)生的誤差電壓。電流源OUT1能夠給RTD提供一個激勵電流,,而電流源 OUT2提供的電流,,在電阻RREF可產(chǎn)生一個參考電壓供調(diào)制器使用。在4線RTD應(yīng)用電路中,,模擬輸入電壓里的RTD溫度誤差是由于RTD電流源溫漂產(chǎn)生的,,它可以利用改變參考電壓的方式進行補償,從而使輸入端AIN1和AIN2的誤差電壓達到零,。
5.2 與單片機的接口電路
由MAX1403 和單片機68HC11組成的接口實際線路如圖5所示,。從圖5中可以看出,該接口電路非常簡單,,是花綱單片機I/O口較少的一種,。當單片機具有一個硬件 SPI(串行外設(shè)接口)時,就能使用三線接口,,并與MAX1403直接相連,。SPI硬件在SCLK上產(chǎn)生8個脈沖就能在一個引腳上移入數(shù)據(jù),而在另一個引腳上移出數(shù)據(jù),。
為了獲得最佳效果,,可使用一個硬件中斷來監(jiān)視INT引腳和采集新數(shù)據(jù)(硬件中斷有效時)。如果硬件中斷無效或中斷執(zhí)行時間比選擇轉(zhuǎn)換速率時間長,,可使用SYNC位來防止測量時從數(shù)據(jù)輸出寄存器中讀出數(shù)據(jù),。
MAX1403 的另一種接口電路如圖6所示。從圖中看出,,該接口電路所耗費的單片機I/O口更少,,線路更簡潔。全體單片機的I/O引腳均可與MAX1403接口,。如果一個雙向中開漏I/O引腳有效,,即可把DOUT和DIN相連,從而進一步降低接口引腳數(shù),。要使用MAX1403三線接口,,圖中CS引腳必須接地。
5.3 4~20mA變送器
由MAX1403 和μC/μP及DAC等電路組成的4~20mA變送器如圖7所示,。這是一種低電壓,、單電源供電、易與光耦合器接口的變送器,,其性能非常良好,。變送器從 4~20mA環(huán)路中得到功率(能量),,從而使變送器電路的電流被限制在4mA。如果把環(huán)路電流的容限進一步限制在3.5mA,,那么變送器仍然可將環(huán)路電流保持在3.25mA,,因為MAX1403本身消耗電流為250μA(0.25mA)。
6 印刷電路板和元件裝接中的問題
為了使ADC獲得最佳的性能,,必須使用模擬地和數(shù)字地分開的印刷電路板,。在印刷電路板的設(shè)計中,特別要注意地線的布置,。通常把模擬地和數(shù)字地獨立設(shè)置在各自電路中,然后把模擬地和連到一點(星號標志),。如果系統(tǒng)中只有一片MAX1403,,那么可把該片的AGND和DGND引腳一起連到地平面;如果系統(tǒng)中有多片MAX1403,,那么可把多塊芯片的AGND和DGND引腳相連,,爾后連到一個公共點,而這個公共點應(yīng)盡量靠近MAX1403的星形地,。 數(shù)字地嚴禁設(shè)計在芯片下面,,因為這樣會把噪聲耦合給芯片,從而影響ADC正常工作,。但是應(yīng)當使模擬地在芯片下面運行,,因為這樣能減少數(shù)字噪聲的耦合。MAX1403的電源引腳輸入線應(yīng)盡可能寬,,以提供一個 低阻抗通道,,從而降低電源線上脈沖的影響。
由于MAX1403是高分辨率的ADC,,因而電源的耦合電路尤為重要,。因此在印制電路板設(shè)計時,應(yīng)對所有的模擬電源輸入都加一級去耦電路,,即用10μF鋰電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)到地,。而這些卻耦電路的元件應(yīng)盡可能靠近芯片的電源引腳,這樣才能獲得更好的去耦效果和消除因引線過線而帶來的干擾,。