NXIN CMOS 8 位 8 通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：MAX161 與 MX7581 深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁。今天，我們將深入探討 MAX161 和 MX7581 這兩款 CMOS 單芯片 8 位、8 通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），為電子工程師們提供全面的技術(shù)參考。

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產(chǎn)品概述

MAX161 和 MX7581 是高度集成的單芯片解決方案，每個(gè)芯片都包含一個(gè) 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 通道多路復(fù)用器、8x8 雙端口 RAM 以及電壓基準(zhǔn)，能與大多數(shù)微處理器直接接口，形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中，MAX161 是 MX7581 的增強(qiáng)版本，在轉(zhuǎn)換速度、接口時(shí)序、零誤差和漂移、功耗等方面都有顯著提升，并且支持軍事溫度等級。它們都提供 28 引腳 DIP 和小外形（SO）封裝，適用于數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)記錄器、自動測試設(shè)備、機(jī)器人和過程控制等多種應(yīng)用場景。

產(chǎn)品特點(diǎn)及訂購信息

產(chǎn)品特點(diǎn)

• 快速轉(zhuǎn)換時(shí)間：MAX161 的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 20μs，能夠快速完成數(shù)據(jù)采集。
• 無丟碼現(xiàn)象：在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
• 片上 8x8 雙端口 RAM：可直接與 Z80/8085/6800 接口，方便數(shù)據(jù)存儲和讀取。
• 比例測量能力：支持比例測量，提高測量精度。
• 交錯(cuò) DMA 操作：內(nèi)部邏輯提供自動交錯(cuò) DMA 功能，確保內(nèi)存更新與微處理器訪問不會沖突。

訂購信息

兩款產(chǎn)品提供多種溫度范圍和封裝形式可供選擇，誤差等級也有所不同，工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。例如，對于常溫環(huán)境下的應(yīng)用，可以選擇 0°C 到 +70°C 溫度范圍的產(chǎn)品；對于高溫或低溫環(huán)境，則需要選擇相應(yīng)的寬溫度范圍產(chǎn)品。

技術(shù)參數(shù)

絕對最大額定值

了解產(chǎn)品的絕對最大額定值對于正確使用和保護(hù)設(shè)備至關(guān)重要。MAX161 和 MX7581 在不同參數(shù)下有明確的額定值限制，如數(shù)字輸入電壓、VREF 電壓、模擬輸入電壓等。同時(shí)，還規(guī)定了工作溫度范圍、存儲溫度范圍、引腳焊接溫度和功耗等參數(shù)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守這些限制，以確保設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

電氣特性

精度相關(guān)參數(shù)

包括分辨率、相對精度、差分非線性、偏移誤差、增益誤差等。這些參數(shù)直接影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，不同型號的產(chǎn)品在這些參數(shù)上可能會有所差異。例如，MAX161C 在偏移誤差和增益誤差方面表現(xiàn)更優(yōu)，適用于對精度要求較高的應(yīng)用。

模擬輸入?yún)?shù)

如輸入電阻、VREF 電壓范圍、標(biāo)稱模擬輸入范圍等。這些參數(shù)決定了系統(tǒng)能夠處理的模擬信號范圍和特性。

數(shù)字輸入輸出參數(shù)

涵蓋邏輯高/低閾值、輸入泄漏電流、輸入電容、輸出高/低電壓、浮動狀態(tài)泄漏電流和電容等。這些參數(shù)對于與微處理器等數(shù)字設(shè)備的接口設(shè)計(jì)非常重要。

電源要求

規(guī)定了電源電壓和電源電流，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)需要確保滿足這些要求，以保證系統(tǒng)的正常工作。

時(shí)序特性

MAX161 和 MX7581 的時(shí)序特性對于系統(tǒng)的同步和數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。不同的參數(shù)如 ALE 脈沖寬度、地址有效到鎖存建立時(shí)間、CS 到輸出傳播延遲等，都有明確的時(shí)間要求。工程師需要根據(jù)這些時(shí)序參數(shù)來設(shè)計(jì)微處理器的控制信號和數(shù)據(jù)讀取時(shí)序，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和傳輸。

詳細(xì)工作原理及操作說明

基本操作

MAX161 和 MX7581 能夠順序?qū)?8 個(gè)輸入通道的模擬信號轉(zhuǎn)換為 8 位數(shù)據(jù)字，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果持續(xù)更新到片上 RAM 中。每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的 RAM 地址，用戶可以直接從 RAM 中讀取輸出數(shù)據(jù)，無需關(guān)注轉(zhuǎn)換過程。這兩款器件可以直接由微處理器時(shí)鐘（如 6800 類型系統(tǒng)）或控制信號（如 8085 類型系統(tǒng)中的 ALE）驅(qū)動。

A/D 轉(zhuǎn)換

內(nèi)部轉(zhuǎn)換過程分為 10 個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù) 8 個(gè)時(shí)鐘周期。在第一階段，輸入多路復(fù)用器遞減，控制邏輯復(fù)位，STAT 引腳（pin 12）在該階段開始時(shí)會拉低 8 個(gè)時(shí)鐘周期（在通道 1 轉(zhuǎn)換完成后，STAT 會拉低 72 個(gè)時(shí)鐘周期）。在第 2 到 9 階段進(jìn)行逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換，最后在第 10 階段將數(shù)據(jù)加載到 RAM 中。單個(gè)通道的轉(zhuǎn)換需要 80 個(gè)輸入時(shí)鐘周期，而對所有通道進(jìn)行一次完整掃描則需要 640 個(gè)時(shí)鐘周期。上電后，內(nèi)部啟動邏輯會在 800 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)初始化轉(zhuǎn)換器。

數(shù)字接口與通道選擇

通道選擇通過真值表實(shí)現(xiàn)，RAM 地址由 A0 - A2 確定。在具有復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)中，地址由 ALE（pin 16）鎖存；當(dāng)?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)總線分開時(shí)，可以將 ALE 置高使地址鎖存透明化。

時(shí)序與控制

控制時(shí)序?qū)τ谙到y(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。當(dāng) CS（pin 13）為高電平時(shí)，輸出為高阻態(tài)；經(jīng)過時(shí)間 tACC 后，輸出數(shù)據(jù)有效。不同的時(shí)序參數(shù)如 ALE 脈沖寬度、地址建立時(shí)間等都有嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要確保微處理器的控制信號符合這些時(shí)序要求。

數(shù)據(jù)讀取操作

這兩款器件會持續(xù)掃描和轉(zhuǎn)換模擬輸入信號，輸出數(shù)據(jù)（RAM 內(nèi)容）是所選通道的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部邏輯提供自動交錯(cuò) DMA 功能，確保在微處理器訪問內(nèi)存時(shí)不會進(jìn)行內(nèi)存更新。當(dāng) CS 為高電平時(shí)，RAM 通常在時(shí)鐘上升沿、STAT 拉低前 6 個(gè)時(shí)鐘周期更新；當(dāng) CS 為低電平時(shí)（正在進(jìn)行讀取操作），內(nèi)存更新會延遲 3 個(gè)時(shí)鐘周期。這種設(shè)計(jì)可以避免異步讀取時(shí)的數(shù)據(jù)沖突問題，同時(shí)不影響與其他廠家 MX7581 的兼容性。

通道識別

在某些實(shí)時(shí)應(yīng)用中，可能需要在特定通道數(shù)據(jù)更新時(shí)提供中斷信號?？梢酝ㄟ^ STAT 信號來識別當(dāng)前正在轉(zhuǎn)換的通道，當(dāng)通道 0 處于活動狀態(tài)時(shí)，STAT 會拉低 72 個(gè)時(shí)鐘周期（正常為 8 個(gè)時(shí)鐘周期）。此外，也可以使用微處理器定期查詢 STAT 輸出進(jìn)行通道識別。

工作電路與校準(zhǔn)

單極性二進(jìn)制操作

適用于 0 到 +10V 輸入范圍，需要將 -10V 參考電壓通過電阻 R9 連接到 pin 10，并將時(shí)鐘連接到 pin 15。校準(zhǔn)步驟包括調(diào)整偏移（使用雙極性偏移引腳 Bors）和滿量程（通過調(diào)整所選輸入的微調(diào)電阻 RN）。

單極性（補(bǔ)碼二進(jìn)制）操作

適用于 0 到 -10V 輸入，校準(zhǔn)過程包括偏移調(diào)整（當(dāng) AINO = -9.98V 時(shí)，調(diào)整 R11）和滿量程調(diào)整（當(dāng)輸入為 -58.6mV 時(shí)，調(diào)整所選通道的微調(diào)電阻 RN）。

雙極性（偏移二進(jìn)制）操作

適用于 ±5V 雙極性輸入，校準(zhǔn)步驟與單極性操作類似，包括偏移調(diào)整（當(dāng) AINO = -4.980V 時(shí)，調(diào)整 R11）和滿量程調(diào)整（當(dāng)輸入為 +4.941V 時(shí)，調(diào)整所選通道的微調(diào)電阻 RN），并在增益調(diào)整后檢查輸出代碼是否在 01111111 和 1000000 之間閃爍。

應(yīng)用提示

模擬和數(shù)字接地

AGND 和 DGND 應(yīng)在設(shè)備處連接在一起，如果 DGND 連接不就近，需要在 AGND 和 DGND 引腳之間連接鉗位二極管（如 1N914），以防止接地噪聲干擾。

邏輯去毛刺

在微處理器應(yīng)用中，地址總線的不確定狀態(tài)可能會在 CS 引腳產(chǎn)生毛刺，導(dǎo)致不必要的讀取操作?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)臑V波和去毛刺電路來解決這個(gè)問題。

綜上所述，MAX161 和 MX7581 是功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的 8 位 8 通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠滿足多種應(yīng)用場景的需求。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需要充分了解其技術(shù)參數(shù)、工作原理和應(yīng)用提示，合理選擇和使用這兩款器件，以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。