高速8位ADC的設(shè)計與應(yīng)用：MX7824/MX7828深度剖析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。MX7824/MX7828作為高速8位ADC，憑借其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的首選。本文將深入探討這兩款A(yù)DC的特性、工作原理、接口模式以及實際應(yīng)用中的注意事項。

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一、產(chǎn)品概述

MX7824和MX7828是高速、多通道的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。MX7824擁有四個模擬輸入通道，而MX7828則具備八個通道。所有設(shè)備的轉(zhuǎn)換時間僅為2.5μs，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)采集。此外，MAX154/MAX158還集成了2.5V的片上參考電壓，構(gòu)成了一個完整的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

產(chǎn)品特性

• 單芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：集成度高，減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計復(fù)雜度。
• 多通道輸入：提供4或8個模擬輸入通道，可滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 高速轉(zhuǎn)換：每個通道的轉(zhuǎn)換時間僅為2.5μs，適用于對速度要求較高的應(yīng)用。
• 內(nèi)置參考電壓：MAX154/MAX158具備內(nèi)部2.5V參考電壓，無需外部參考源。
• 內(nèi)置跟蹤/保持功能：減少了對外部跟蹤/保持電路的需求，簡化了設(shè)計。
• 高精度：誤差規(guī)格為±1/2 LSB，保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 單電源供電：僅需+5V單電源供電，降低了電源設(shè)計的難度。
• 無需外部時鐘：內(nèi)部集成時鐘，減少了外部時鐘電路的設(shè)計。
• 新型封裝：采用節(jié)省空間的SSOP封裝，適合對空間要求較高的應(yīng)用。

二、工作原理

MX7824/MX7828采用“半閃存”轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過兩個4位閃存ADC部分實現(xiàn)8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。具體工作過程如下：

1. MS部分轉(zhuǎn)換：上4位的MS（最高有效）閃存ADC使用15個比較器，將未知輸入電壓與參考梯進行比較，提供上四位數(shù)據(jù)位。
2. DAC生成模擬信號：內(nèi)部DAC利用MS位生成一個模擬信號，該信號代表第一次閃存轉(zhuǎn)換的結(jié)果。
3. LS部分轉(zhuǎn)換：代表未知輸入與DAC電壓之差的殘差電壓，由15個LS（最低有效）閃存比較器與參考梯進行比較，以獲得下四位輸出位。

三、接口模式

MX7824/MX7828僅使用片選（CS）和讀取（RD）作為控制輸入，提供兩種接口模式：

模式0

適用于具有WAIT狀態(tài)能力的微處理器。在這種模式下，將CS和RD置低會鎖存模擬多路復(fù)用器地址并啟動轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)輸出DB0 - DB7在轉(zhuǎn)換完成之前保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)可以通過CS和RD輸入進行讀取。

模式1

適用于不需要微處理器進入WAIT狀態(tài)的應(yīng)用。將CS和RD置低會鎖存多路復(fù)用器地址并啟動轉(zhuǎn)換，同時立即讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。轉(zhuǎn)換完成后，需要進行第二次讀取操作來讀取本次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

四、模擬考慮因素

參考和輸入

VREF+和VREF - 輸入定義了ADC的零和滿量程。VREF - 的電壓等于產(chǎn)生全零輸出代碼的輸入電壓，而VREF + 的電壓等于產(chǎn)生全一輸出代碼的輸入電壓。

旁路電容

為了減少內(nèi)部參考的高頻輸出阻抗，MAX154/MAX158應(yīng)使用0.01μF的旁路電容連接到GND。VDD引腳應(yīng)使用47μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到GND，以減少轉(zhuǎn)換誤差和提高穩(wěn)定性。

輸入電流

轉(zhuǎn)換器的模擬輸入與傳統(tǒng)ADC有所不同。采樣數(shù)據(jù)比較器從輸入獲取的電流量取決于它們所處的周期。輸入可以建模為一個等效的RC網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)源阻抗（RS）增加時，電容充電所需的時間會變長。

輸入濾波

采樣數(shù)據(jù)比較器在模擬輸入中引起的瞬態(tài)不會影響轉(zhuǎn)換器的性能，因為ADC在這些瞬態(tài)發(fā)生時不會“查看”輸入。因此，不需要在AIN端子上使用外部電容來過濾這些瞬態(tài)。

正弦輸入

MX7824/MX7828能夠測量高達157mV/μs的轉(zhuǎn)換速率的輸入信號，在不使用外部跟蹤/保持電路的情況下，模擬輸入頻率最高可達10kHz。最大采樣率受轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換之間的時間限制，使用MAX158/MX7828時，每個通道的最大采樣率為50kHz；使用MAX154/MX7824時，每個通道的最大采樣率為100kHz。

雙極性輸入操作

通過使用放大器對輸入電壓進行縮放，可以實現(xiàn)雙極性輸入操作。MX7824/MX7828需要使用外部參考，而MAX154/MAX158則不需要。模擬輸入范圍為±4V，輸出代碼為互補偏移二進制。

五、應(yīng)用案例

數(shù)字信號處理

MX7824/MX7828的高速轉(zhuǎn)換能力使其非常適合數(shù)字信號處理應(yīng)用，如音頻處理、圖像處理等。

高速數(shù)據(jù)采集

在需要快速采集大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，如工業(yè)自動化、測試測量等，MX7824/MX7828能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

電信

在電信領(lǐng)域，MX7824/MX7828可用于信號監(jiān)測、調(diào)制解調(diào)等應(yīng)用，確保信號的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換和處理。

高速伺服控制

高速伺服控制系統(tǒng)對響應(yīng)速度和精度要求較高，MX7824/MX7828的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足這些要求。

音頻儀器

在音頻儀器中，MX7824/MX7828可用于音頻信號的采集和處理，提供高質(zhì)量的音頻數(shù)據(jù)。

六、總結(jié)

MX7824/MX7828作為高速8位ADC，具有高速轉(zhuǎn)換、多通道輸入、高精度等優(yōu)點，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，需要考慮參考和輸入、旁路電容、輸入電流、輸入濾波等因素，以確保轉(zhuǎn)換器的性能和穩(wěn)定性。通過合理選擇接口模式和應(yīng)用案例，可以充分發(fā)揮MX7824/MX7828的優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和處理。

你在使用MX7824/MX7828的過程中遇到過哪些問題？或者你對這兩款A(yù)DC還有哪些疑問？歡迎在評論區(qū)留言討論。