青島理工大學 自動化工程學院 邢麗娟，楊世忠

1 概述

模數(shù)轉換器(ADC)是計算機控制系統(tǒng)中的重要部分。根據(jù)數(shù)字信號的輸出方式可分為并行和串行兩大類。并行ADC雖然數(shù)據(jù)傳輸速度快，但引腳多、體積大、占用微處理器接口多；串行ADC具有體積小、功耗低、占用微處理器接口少的優(yōu)點，而且傳輸速率較高，因此應用日漸廣泛。

MAX1072／MAX1075是Maxim公司新推出的低功耗、高速、串行輸出10位模數(shù)轉換器。該器件的最高采樣速率為1.8 MS／s，具有真差分輸入，與單端輸入相比可提供更好的噪聲抑制以及寬泛的動態(tài)范圍。MAX1072／MAX1075工作在+4.75 V～+5.25 V單電源電壓，需要一個外部基準。MAX1072與MAX1075的不同點在于：MAX1072允許單極性模擬輸入，而MAX1075允許雙極性模擬輸人。

MAX1072／MAX1075具有高轉換速度、低功率損耗、交流性能好以及直流精度高(±0.5 LSB INL)等優(yōu)點，非常適合工業(yè)過程控制、數(shù)據(jù)采集、便攜式儀表等應用。MAX1072／MAX1075的主要特點如下：

功耗僅45 mW(典型值)；

關斷電流僅1 μA (最大值)；

高速、SPI兼容的3線串行接口；

525 kHz輸入頻率下S／(N+D)為61 dB；

內(nèi)置真差分采樣／保持(T／H)；

外部基準；

無流水線延時；

小尺寸12引腳TOFN封裝。

2 引腳說明

MAX1072／MAX1075的引腳排列如圖1所示，其引腳功能說明見表1。

3 結構原理

MAX1072／MAX1075采用輸入采樣／保持和逐次逼近寄存器(SAR)電路，將模擬輸人信號轉換為10位數(shù)字輸出。數(shù)據(jù)輸出采用串行接口，僅需要3根數(shù)字連接線(SCLK、CNVST和DOUT)。非常方便與微處理器連接。MAX1072／MAX1075的內(nèi)部結構原理圖如圖2所示。

在初始上電后，MAX1072／MAX1075需要一個完整的轉換周期初始化內(nèi)部校準電路。一旦上電，采樣／保持器就立即進入采樣模式。當CNVST的下降沿時，采樣／保持器進入保持狀態(tài)，由SCLK提供轉換時鐘，啟動內(nèi)部的逐次逼近轉換過程。轉換結束后，數(shù)據(jù)從DOUT串行移出，串行接口的時序如圖3所示。

如圖3所示，由于模數(shù)轉換需要一定的時間，所以只有在SCLK的第4個上升沿后，DOUT才開始移出有效的轉換數(shù)據(jù)。在每個SCLK上升沿之后DOUT輸出各位數(shù)據(jù)，并且在SCLK的下一個上升沿后保持4 ns，首先在DOUT輸出的轉換數(shù)據(jù)結果是MSB位，其他位依次輸出。由于共有10個數(shù)據(jù)位、2個子位(S1和S0)和3個引導零位，所以至少需要16個時鐘上升沿才能移出所有數(shù)據(jù)。

4 典型應用

溫度測量是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，熱電偶或熱敏電阻被廣泛用于將溫度轉換為電信號輸出，以便能夠用于控制系統(tǒng)。這種電信號通常很微弱并且受到噪聲、失調(diào)和增益誤差的影響。在對電橋的輸出信號數(shù)字化處理之前，必須先將其進行放大和失調(diào)處理，以便與數(shù)模轉換器(ADC)的輸入范圍相匹配，然后再濾除噪聲。

筆者設計的溫度測量系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)實時溫度循環(huán)測量與顯示。主要用于工業(yè)現(xiàn)場中的加熱爐以及具有較高溫度的場合，其測溫范圍是0℃～1 200℃，誤差要求小于±5℃。由于熱電偶得到的信號往往是微弱的電信號，它需要經(jīng)過放大才能為下一級電路才能使用，常用的放大電路有基本放大器、數(shù)據(jù)放大器