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

在電子設計領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的橋梁，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討MAXIM公司推出的CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——MAX161和MX7581。

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一、產(chǎn)品概述

MAX161和MX7581是CMOS單芯片8位、8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。每顆芯片集成了8位A/D轉(zhuǎn)換器、8通道多路復用器、帶競爭邏輯的8x8雙端口RAM以及與微處理器兼容的I/O邏輯。搭配電壓基準源后，就能組成一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可與大多數(shù)微處理器實現(xiàn)接口連接。

MAX161是MX7581的增強型引腳兼容版本，具有更快的轉(zhuǎn)換和接口時序、更低的零誤差和漂移、更低的功耗，并且有軍品級溫度范圍可選。所有器件都提供28引腳DIP和小外形（SO）封裝。

二、應用領(lǐng)域

這款數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應用十分廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

1. 數(shù)字信號處理：在處理復雜的數(shù)字信號時，需要快速準確地采集數(shù)據(jù)，MAX161和MX7581的高速轉(zhuǎn)換能力和高精度能夠滿足這一需求。
2. 數(shù)據(jù)記錄器：可用于記錄各種環(huán)境參數(shù)、工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供支持。
3. 自動測試設備：在自動化測試過程中，能夠高效地采集測試數(shù)據(jù)，確保測試結(jié)果的準確性。
4. 機器人技術(shù)：為機器人提供環(huán)境感知所需的數(shù)據(jù)，幫助機器人做出準確的決策和動作。
5. 過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，實時采集各種參數(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精確控制。

三、產(chǎn)品特性

（一）高速轉(zhuǎn)換

MAX161的轉(zhuǎn)換時間僅為20μs，能夠快速完成數(shù)據(jù)采集，滿足實時性要求較高的應用場景。

（二）全溫度范圍內(nèi)無漏碼

在不同的溫度環(huán)境下，都能保證數(shù)據(jù)采集的準確性，避免出現(xiàn)漏碼現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的可靠性。

（三）片上8x8雙端口RAM

數(shù)據(jù)自動存儲在雙端口RAM中，可在微處理器控制下隨時讀取任意通道的數(shù)據(jù)，方便靈活。

（四）直接與多種微處理器接口

能夠直接與Z80、8085、6800等微處理器進行接口，降低了系統(tǒng)設計的復雜度。

（五）比率測量能力

可實現(xiàn)比率測量，提高測量的精度和穩(wěn)定性。

（六）交錯式DMA操作

通過內(nèi)部邏輯實現(xiàn)自動交錯式DMA操作，確保在微處理器訪問內(nèi)存時不會發(fā)生內(nèi)存更新沖突。

四、訂購信息

在選擇型號時，需要根據(jù)實際應用場景的溫度要求、封裝需求以及對誤差的容忍度來進行綜合考慮。大家在實際設計中，會優(yōu)先考慮哪個因素呢？是溫度范圍、封裝形式還是誤差要求？

五、電氣特性

（一）精度

在特定的時鐘頻率下，MAX161和MX7581具有不同的精度指標，包括分辨率、相對精度、差分非線性、偏移誤差、增益誤差等。例如，MAX161的分辨率為8位，不同型號的相對精度在±1/8LSB到±1LSB之間。

（二）模擬輸入

輸入電阻在10kΩ到30kΩ之間，VREF的范圍為 -5V到 -15V，標稱模擬輸入范圍根據(jù)不同的工作模式有所不同。

（三）數(shù)字輸入輸出

數(shù)字輸入的邏輯高、低閾值分別為 +2.4V和 +0.8V，輸入泄漏電流較??；數(shù)字輸出的高、低電壓分別為4.5V和0.2V，浮動狀態(tài)泄漏電流和電容也有相應的指標。

（四）電源要求

電源電壓范圍為 +4.5V到 +5.5V，靜態(tài)電流和動態(tài)電流根據(jù)不同的型號和工作頻率有所不同。

六、詳細操作說明

（一）基本操作

MAX161和MX7581會順序?qū)?個輸入通道的模擬信號轉(zhuǎn)換為8位數(shù)據(jù)字，并將數(shù)據(jù)存儲到RAM的不同地址中。轉(zhuǎn)換過程對用戶透明，輸出數(shù)據(jù)可直接從RAM中讀取。設備可以直接由微處理器時鐘（6800類型系統(tǒng)）或控制信號（8085類型系統(tǒng)的ALE）驅(qū)動。

（二）A/D轉(zhuǎn)換

內(nèi)部的轉(zhuǎn)換過程分為10個階段，每個階段8個時鐘周期。在第一個階段，輸入多路復用器遞減，控制邏輯復位；在第2到9階段進行逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換；最后在第10階段將數(shù)據(jù)加載到RAM中。單通道轉(zhuǎn)換需要80個輸入時鐘周期，掃描所有通道需要640個時鐘周期。上電后800個時鐘周期內(nèi)，內(nèi)部啟動邏輯會初始化轉(zhuǎn)換器。

（三）數(shù)字接口

1. 通道選擇

2. 時序和控制

當CS（引腳13）為高電平時，三態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動器處于高阻態(tài)；CS變?yōu)榈碗娖綍r，驅(qū)動器切換到活動狀態(tài)，經(jīng)過時間tACC后輸出數(shù)據(jù)有效。

3. 數(shù)據(jù)讀取操作

MAX161和MX7581會持續(xù)掃描和轉(zhuǎn)換模擬輸入信號，不受數(shù)據(jù)輸出所選通道的影響。片上RAM和競爭邏輯允許數(shù)據(jù)相對于轉(zhuǎn)換過程異步讀取，輸出數(shù)據(jù)為所選通道的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部邏輯提供自動交錯式DMA，確保在微處理器訪問內(nèi)存時不會進行內(nèi)存更新。

4. 通道識別

在某些實時應用中，可能需要在特定通道數(shù)據(jù)更新時提供中斷信號?？梢酝ㄟ^STAT信號在通道0轉(zhuǎn)換時保持低電平72個時鐘周期（正常為8個時鐘周期）來識別當前轉(zhuǎn)換的通道，也可以使用微處理器定期查詢STAT輸出。

七、工作電路及校準

（一）單極性二進制操作

適用于0到 +10V輸入的基本單極性操作，連接 -10V參考電壓到引腳10，時鐘連接到引腳15。校準分為偏移和滿量程調(diào)整：

• 偏移調(diào)整：使用雙極性偏移引腳Bos，通過調(diào)整電阻R10 - R12使所有通道的偏移相同。
• 滿量程調(diào)整：向所有輸入施加 +9.941V，選擇一個通道并調(diào)整微調(diào)電阻RN，使DB7 - DB1為高電平，DB0（LSB）閃爍，然后對其他通道重復操作。

（二）單極性（補碼二進制）操作

適用于0到 -10V輸入的單極性補碼二進制操作，校準方法類似：

• 偏移調(diào)整：選擇通道0，當AIN0 = -9.98V時，調(diào)整R11使DB7 - DB1為低電平，DB0（LSB）閃爍。
• 滿量程調(diào)整：向所有通道施加 -58.6mV，選擇所需通道并調(diào)整微調(diào)電阻RN，使DB7 - DB1為高電平，DB0（LSB）閃爍。

（三）雙極性（偏移二進制）操作

適用于±5V雙極性操作，校準過程如下：

• 偏移調(diào)整：選擇通道0，當AIN0 = -4.980V時，調(diào)整R11使DB1 - DB7為低電平，DB0（LSB）閃爍。
• 滿量程調(diào)整：向所有通道施加 +4.941V，選擇所需通道并調(diào)整微調(diào)電阻RN，使DB1 - DB7為高電平，DB0（LSB）閃爍；然后向每個增益調(diào)整后的通道施加 -19.5mV，若輸出代碼不在01111111和10000000之間閃爍，則重復校準過程。

八、應用提示

（一）模擬和數(shù)字接地

AGND和DGND應在設備處連接在一起，以防止向A/D轉(zhuǎn)換器注入噪聲。在AGND和DGND連接不就近的系統(tǒng)中，應在AGND和DGND引腳之間連接鉗位二極管（如1N914）。

（二）電源旁路

VDD（引腳28）應使用10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到AGND，盡量縮短引腳長度。

（三）邏輯去毛刺

地址總線上的未指定狀態(tài)（由于不同的上升和下降時間）可能會在CS引腳產(chǎn)生毛刺，引發(fā)不必要的讀取操作。可以采取相應的措施來消除這些毛刺。

綜上所述，MAX161和MX7581是兩款功能強大、性能優(yōu)越的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應用前景。在實際設計中，我們需要根據(jù)具體的應用需求和系統(tǒng)要求，合理選擇型號和工作模式，并注意相關(guān)的應用提示，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用這款數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，遇到過哪些問題呢？又是如何解決的？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。