16位串行模数转换器max1132的特性以及应用.doc

16位串行模数转换器MAX1132的特性以及应用 1 引言 模数转换器(ADC)是现代测控中非常重要的环节,它一般分为串行模数转换器和并行模数转换器。后者虽然传输速度快,但引脚多、体积大、占用单片机口线多;而串行ADC的传输速率也可以做的很高,并且具有体积小、功耗低、占用单片机口线少等优点。因此,串行ADC的应用越来越广泛。 MAX1132是MAXIM公司生产的单电源、低功耗、16位、单/双极性转换的高精度串行逐次逼近型ADC。其内部带有跟踪/保持及校准电路,可使用内部或外部参考电压及时钟。采样速率最高可达到200ksps最低消耗电流为7.5mA。若工作于关闭模式,消耗电流可降低到2.5μA。该ADC可应用于工业过程控制、数据采集系统、便携式数据记录、医疗或掌上设备以及系统检测等领域。 2 MAX1132的引脚功能 MAX1132是可编程的单通道ADC,采用20引脚SSOP封装形式,其引脚排列如图1所示。各引脚的功能如下: REF:参考电压缓冲输出/ADC参考电压输入,可用作模数转换的参考电压; REFADL:参考带隙输出端/参考带隙缓冲输入端; AGND:模拟地; AVDD:+5V±5%模拟电源; DGND:数字地; SHDN:关闭控制输入端; P0、P1、P2:分别为用户可编程输出0,1,2; SSTRB:串行选通输出端; DOUT:串行数据输出端; RST:复位引脚; SCLK:串行数据时钟输入端; DVDD:+5V±5%数字电源; DIN:串行数据输入端; CS:片选端; CREF:旁路缓冲参考端; AIN:模拟输入端。 3 工作原理 MAX1132通常由时钟将控制字节从串行数据输入端(DIN)打入其内部移位寄存器,以决定其工作模式并启动转换。当CS变低或一次转换(或校准)结束以后,DIN端接收到的第一个逻辑“1”被定义为控制字节的开始位(MSB)。在该位到达前,由时钟打入DIN的逻辑“0”均无效,DIN的每位数据均在每个SCLK的上升沿打入MAX1132内部移位寄存器。值得注意的是:如果在当前的转换完成以前,一个新的开始位被时钟打入的话,当前的转换就会被中断,同时开始新的输入信号采集。 MAX1132可用外部或内部时钟完成逐次逼近转换,但两种模式均用外部时钟将数据移入器件或从器件中移出。在外部时钟模式下,数据的移入移出和转换步骤均由外部时钟控制。内部时钟模式下的转换时钟由MAX1132内部时钟发生器产生,速率最高可达8MHz。一般要求完成一次转换的周期是8个SCLK的整数倍。MAX1132具有短采集(24SCLK)和长采集(32SCLK)两种工作模式。单极性输入时,直接输出二进制数;双极性输入时,输出的是二进制补码。 MAX1132还带有3个用户可编程的输出口(P0、P1、P2),它们均采用推挽式CMOS输出,可用来驱动多路转换开关或PGA。这三个编程口在缺省状态下的输出均为零,并且在硬件关闭模式期间均保持不变,此外,它们在上电置位时,也均被置零。 图2 4 MAX1132的应用 在笔者研制开发的网络地电影像仪系统中,由于需要检测的地电信号的幅值范围较大,检测信号精度要求高,信号采集时间短,而且需要采集的信号通道多,因此对ADC的性能提出了很高的要求。而MAX1132具有双极性转换模式,转换的电压范围可达到-12V~+12V,比其他ADC转换电压范围要宽;它的精度达到16位,转换速度最高可达到200ksps,足以满足系统对精度和速度的要求;虽然它内部没有集成多路转换开关,但本身带有三个用户可编程输出口,可以很方便地控制一个多路转换开关,以满足系统信号采集通道多的要求;MAX1132采用单电源供电,内部带有参考电压,可简化外围电路,而且使用方便。基于以上特点,笔者选用了MAX1132。 图2为MAX1132与单片机进行接口的电路。图中将MAX1132的CS与单片机P1.0脚相连,MAX1132的片选端由单片机经P1.0脚发出信号选通;控制字节由单片机P1.1脚输出到ADC的DIN端;转换结果则由P1.2脚从ADC的DOUT端读入单片机,读取转换数据的时钟SCLK可由P1.4脚依次发出高低电平来构成;P1.3脚接至表示MAX1132工作状态的串行选通输出SSTRB,单片机则通过P1.3脚查询ADC的工作状态;P0、P1、P2三个输出连接到多路转换开关以控制转换通道的切换,而进行逐次逼近转换的时钟则由MAX1132内部时钟发生器产生。 本应用选用MAX1132双极性、内部时钟、短采集模式的工作方式,其工作时序如图3所示。图中,tACQ是采集输入信号的时间,tCONV是进行转换所需要的时间。由图可以看出,MAX1132在片选CS有效、开始位由DIN端打入后即可开始对输入信号的采集,并一直到控制字节P2位进入其内部移位