12位串行A/D轉換器的原理及應用開發

MAXl224/MAXl225系列12位模/數轉換器(ADC)具有低功耗、高速、串行輸出等特點，其采樣速率最高可達1．5Ms/s，在+2．7V至+3．6V的單電源下工作，需要1個外部基準源；可進行真差分輸入，較單端輸入可提供更好的噪聲抑制、失真改善及更寬的動態范圍；同時，具有標準SPITM/QSPITM/MI-CROWWIRETM接口提供轉換所需的時鐘信號，可以方便地與標準數字信號處理器(DSP)的同步串行接口連接。
     

 MAX1224/MAX1225的主要特點如下：
●1．5Ms/s采樣速率；
●功耗僅18mW(典型值)；
●關斷電流僅1μA(最大值)；
●高速、SPI兼容、3線串行接口；
●525kHz輸入頻率下69dB的S/(N+D)；
●內部真差分采樣，保持(T/H)；
●外部基準源；
●無流水線延遲。

2 封裝及引腳功能

MAXl224/MAXl225采用小巧的12引腳TQFN封裝，其引腳排列如圖1所示。各個引腳的功能如表l所示。

3 內部結構及工作原理

MAX1224/MAX1225采用輸入采樣，保持和逐次逼近寄存器(SAR)電路，將模擬輸入信號轉換為12位數字輸出信號。串行接口僅需要3條連接線(SCLK、CNVST和DOUT)，提供了與微處理器(μP)和DSP的便利連接。圖2給出簡化的MAX1224/MAX1225內部結構。

3．1真差分模擬輸入采樣/保持器

MAXl224/MAXl225的輸入結構由采樣/保持器、比較器及開關型數，模轉換器(DAC)構成。在上次轉換的第14個SCLK上升沿，采樣，保持器進入其采樣模式。一旦上電，采樣/保持器就立即進入其采樣模式。輸入電容器正極連接至AIN+，輸入電容器負極與AIN-相連。在CNVST的下降沿采樣/保持器進入保持狀態，轉換正負輸入之間采樣的差值。采樣／保持器采集輸入信號所需的時間取決于其輸入電容器的充電速度。如果輸入信號源的阻抗較高，那么采樣時間會延長。

3．2輸入帶寬

ADC的輸入采樣電路具有15MHz的小信號帶寬，使其能夠數字化高速瞬變信號，以及通過使用欠采樣技術測量帶寬超過ADC采樣速率的周期信號。為了避免高頻干擾信號進入有用的頻段，建議采用抗混疊濾波器。

3．3上電初始化與啟動轉換

 在初始上電后，MAX1224/MAX1225要求1個完整的轉換周期，以初始化內部校準電路。完成初始化轉換之后，準備好正常工作。僅在硬件上電后，需要進行初始化，而在退出局部關斷模式或者完全關斷模式之后并不需要。CNVST拉低將啟動1次轉換。在CNVST信號的下降沿，采樣/保持器進入其保持模式，啟動轉換過程。SCLK提供轉換時鐘，數據隨后從DOUT串行移出。

3．4時序與控制

啟動轉換和讀數據操作由CNVST和SCLK端的數字輸入信號控制。圖3示出時序關系，描述串行接口的工作方式。

CNVST的下降沿啟動1次轉換時序：采樣，保持器保持輸入電平，ADC開始轉換，DOUT從高阻態變為邏輯低電平。SCLK用于驅動轉換進程，并串行輸出每個轉換完成的數據位。

在第4個SCLK上升沿之后，SCLK開始移出數據。在每個SCLK上升沿的tDOUT之后，DOUT輸出才有效，并且在下1個上升沿之后，還將保持4ns(tp-HOL

3．5局部關斷模式和完全關斷模式

將MAX1224/MAX1225設置為局部關斷模式或者完全關斷模式，會顯著降低器件的功耗。局部關斷模式尤其適合于數據采樣次數少且要求快速喚醒的應用。完全關斷模式適合于數據采樣次數少和要求極低電源電流的應用。在局部，完全關斷模式下，應保持SCIK信號邏輯低電平或者邏輯高電平，以盡可能降低功耗。

4 典型應用電路

4．1 設計原理

在測控系統中經常要用到A/D轉換器。當被檢測的模擬量是溫度和壓力等低速采樣而需要控制的引腳又比較多時，采用并行ADC并不是最適合、最經濟的方案。由于單片機往往要控制比較多的I/O口，因此使用并行ADC會限制系統I/O口功能的擴展，這時采用串行ADC比較適合。另外，由于是便攜式測量儀器，所以要求功耗較低；為了減少硬件設計，多路采集信號都經過同一個ADC進行信號轉換。

根據以上要求，筆者在溫度顯示儀的設計中以AT89C51型單片機為核心，采用MAX1224型12位串行A/D轉換器構成采樣模塊進行電路設計。溫度顯示儀的主要功能是完成實時溫度循環顯示功能，它主要用于工業現場中的加熱爐及具有較高溫度的場合，它的測溫范圍是O℃～1200℃，誤差要求小于