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雙通道12位串行A/D轉換器MAX144及其應用
１主要特點ＭＡＸ１４４是美國ＭＡＸＩＭ公司生產的新型雙通道１２位串行模數轉換器，它具有自動關斷和快速喚醒功能，且內部集成有時鐘電路，采樣／保持電路；同時具有轉換速率高、功耗低等優點，特別適合于由電池供電且對體積和精度有較高要求的智能儀器儀表產品。ＭＡＸ１４４的主要特點如下：
●單電源供電?電壓范圍為＋２．７～＋５．２５Ｖ；
●帶有兩路模擬信號輸入通道ＣＨ０和ＣＨ１?其模擬信號電壓范圍為０～ＶＲＥＦ；
●采樣頻率最高可達１０８ｋｓｐｓ；
●功耗低，當ＶＤＤ為３．６Ｖ，且在采樣頻率達到最大值１０８ｋｓｐｓ時，功耗僅３．２ｍＷ；
●具有與ＳＰＩ／ＱＳＰＩ／ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ兼容的串行接口。
２引腳功能
ＭＡＸ１４４采用ＤＩＰ８封裝形式，其引腳功能如下：
ＶＤＤ：正電源端，＋２．７～＋５．２５Ｖ；
ＣＨ０／ＣＨ１：模擬信號輸入通道；
ＧＮＤ：模擬地／數字地；
ＲＥＦ：外部參考電壓輸入，用作模數轉換基準電壓；
ＣＳ／ＳＨＤＮ：該腳為低電平時，為片選輸入；為高電平時，為掉電模式輸入；
ＤＯＵＴ：串行數據輸出端；
ＳＣＬＫ：串行時鐘輸入端。
３使用說明
３．１模擬信號輸入
ＭＡＸ１４４的兩個模擬輸入通道ＣＨ０與ＣＨ１可連接到兩個不同的信號源上。上電復位后，ＭＡＸ１４４將自動對ＣＨ０通道的模擬信號進行Ａ／Ｄ轉換，轉換完畢又自動切換到ＣＨ１通道，并對ＣＨ１通道模擬信號進行Ａ／Ｄ轉換，之后交替地在ＣＨ０和ＣＨ１通道間進行切換和轉換。輸出數據中包含的一個通道標志位ＣＨＩＤ?用以確定該數據為哪一通道轉換得到。如果只有一路模擬信號，可以將ＣＨ０與ＣＨ１連接在一起作為一個輸入通道，但輸出的數據中仍包含有通道標志位ＣＨＩＤ。
圖2
ＭＡＸ１４４內部有模擬輸入保護電路，因而容許輸入信號在ＧＮＤ－３００ｍＶ到ＶＤＤ＋３００ｍＶ范圍內變化，如果要求的轉換精度較高，則輸入信號不得大于ＶＤＤ＋５０ｍＶ?且不能小于ＧＮＤ－５０ｍＶ。
３．２時鐘模式和工作時序
將ＣＳ／ＳＨＤＮ設置為低電平可啟動Ａ／Ｄ轉換過程，在ＣＳ／ＳＨＤＮ的下降沿，內部采樣／保持電路將進入采樣模式，此時如果ＳＣＬＫ為高電平，則選擇內部時鐘模式；若為低電平則選擇外部時鐘模式。圖２給出了內部和外部時鐘模式的時序圖。當串行時鐘頻率小于１００ｋＨｚ或大于２．１７ＭＨｚ時，應選擇內部時鐘模式。當工作于外部時鐘模式時，由于外部時鐘不僅要移出數據，而且要驅動模數轉換，因此，Ａ／Ｄ轉換必須在１４０μｓ內完成，否則采樣／保持電路中電容上電壓的降低可能導致轉換結果精度的降低。轉換結束后，內部振蕩電路被關閉，ＤＯＵＴ變為高電平，此時即可讀取轉換數據。
３．３輸出數據格式
表１為內部和外部時鐘模式下的串行輸出數據格式。由表１可知，串行數據輸出格式是高位在前，低位在后。讀取一個轉換數據至少需要１６個時鐘周期，前三位始終為高電平（內部時鐘模式時還包括ＥＯＣ位），第四位是通道標志位ＣＨＩＤ，ＣＨＩＤ為０表示ＣＨ０通道，即數據為ＣＨ０通道轉換所得；ＣＨＩＤ為１表示ＣＨ１通道，即數據為ＣＨ１通道轉換所得；接下來就是１２位的Ａ／Ｄ轉換數據，最高有效位在前，每一位數據在ＳＣＬＫ上升沿被移出；轉換結束后，ＣＳ／ＳＨＤＮ變為高電平，此時ＤＯＵＴ呈高阻抗狀態。
表1MAX14的數據輸出格式
SCLKCYCLE1234567……141516Dout(外部）EOC11CHIDD11D10D9……D2D1D0Dout(內部）111CHIDD11D10D9……D2D1D0
４ＭＡＸ１４４在水平調整儀中的應用
圖３是ＭＡＸ１４４成功應用于水平調整儀的實例。該水平調整儀有兩路模擬信號，需要對這兩路模擬信號進行交替的轉換，并根據轉換結果對兩個方向交替的信號進行水平調整，ＭＡＸ１４４正好可以滿足此要求。模擬信號經過放大和濾波后連接到ＭＡＸ１４４的ＣＨ０和ＣＨ１端口。
由于模擬信號電壓范圍為０～２．０Ｖ?因此可將ＭＡＸ１４４的參考基準電壓設置為２．０４８Ｖ?這樣可以提高轉換精度，也便于轉換后數據的后續處理，２．０４８Ｖ的基準電壓可由ＲＥＦ１９１提供。ＭＡＸ１４４與單片機的接口十分簡單，只需三根Ｉ／Ｏ線即可，該電路采用內部時鐘模式，單片機通過編程產生串行時鐘，并按時序讀出數據，其Ａ／Ｄ轉換子程序如下：
ＳＥＴＢＰ１．５
ＳＥＴＢＰ１．７
ＣＬＲＰ１．５?;啟動Ａ／Ｄ轉換
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＮＯＰ?;延時４μｓ,喚醒時間至少２．５μｓ
ＣＬＲＰ１．７?;開始采樣
ＪＮＢＰ１．６?＄?;等待Ａ／Ｄ轉換結束
ＭＯＶＲ７,＃８?;讀取高８位存于Ｒ３中
Ｈ８?ＳＥＴＢＰ１．７
ＭＯＶＣ?Ｐ１．６?;讀一位數據
ＲＬＣＡ?;數據位移入Ａ
ＣＬＲＰ１．７
ＤＪＮＺＲ７,Ｈ８
ＭＯＶＲ３,Ａ
ＭＯＶＲ７,＃８?;讀取低８位存于Ｒ２中
Ｌ８?ＳＥＴＢＰ１．７
ＭＯＶＣ?Ｐ１．６?;讀一位數據
ＲＬＣＡ?;數據位移入Ａ
ＣＬＲＰ１．７
ＤＪＮＺＲ７,Ｌ８
ＭＯＶＲ２,Ａ
ＲＥＴ
圖3
轉換后的數據（１６位）可以存于Ｒ３Ｒ２中，通過標志位ＣＨＩＤ可以區分ＣＨ０和ＣＨ１通道，然后將高４位屏蔽即可得到實際的Ａ／Ｄ轉換數據。
由于輸入信號一般都含有各種噪聲和干擾，為了得到精確的轉換數據，輸入信號應串接一個４７０Ω的電阻，并接一個０．０１μＦ的旁路電容，以削弱開關電容濾波器所產生的時鐘噪聲。編程時可采用數字濾波程序，如中值濾波，平均值濾波等。在設計電路板時，模擬信號輸入通路應盡可能短，模擬信號和數字信號應分開布線；模擬地與數字地也應隔離，并在ＭＡＸ１４４的地線附近將兩者短接；正電源ＶＤＤ引入的高頻噪聲也會影響轉換精度，因此，可以采用２個并聯旁路電容網絡將其濾除。
ＭＡＸ１４４與其他的串行接口標準（如ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ等）相兼容，可直接與具備ＳＰＩ?ＱＳＰＩ?ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ串行接口的微處理器進行接口。
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