14 位串行A D 转换器MAX194 的特性及应用.pdf

14 位串行A/D 转换器MAX194 的特性及应用 作者：武汉水利电力大学 张国琴 湛秀平 刘海涛 周永强 来源：《国外电子元器件》 摘要：MAX194 是一种14 位逐次逼近型串行输出的模数转换器，它具有高速度， 高精度，低功耗等特点，并且带来采样保持电路，具有10µA 的停机模式，能够满 足最高采样频率为85kPS 的转换。其最快转换时间为9.4µs，具有单极性和双极性 两种输入和三态串行数据输出方式，同时价格也比同功能并行输出的模数转换器要 低得多。文中介绍了它的功能和用途，同时给出了MAX194 在锅炉测温系统中的 单睡机进行接口的硬件电路和软件程序。 关键词：AD 转换器采样保持 串行输出 MAX194 在一些实时数据采集与信息处理电路中，要满足数据采集的精度和速度要求，以必须采用分辨率 高，转换速度快的AD 转换器。MAX194 是一种性能优越的高精度、带采样保持的高速度十四位串行 AD 转换器。笔者在课题实践中应用了MAX194 芯片取得了很好的效果。由于MAX194 的输出方式是串 行输出而与一般的并行输出方式不同，因此，在与MC51 系列单片机通信时有一些需要注意的事项。在 此笔者把在应用中遇到的问题及解决方法作以介绍。 1 工作原理及结构 MAX194 的工作原理框图如图1 所示。它主要由主DAC 、控制逻辑、 比较器和校准DAC 组成。主DAC 用 于产生与输入模拟信号进行比较的模 拟信号，它的内部结构与一般模数转 换器内部的DAC 不同，它没有采用T 型电阻网络，而是由带二进制权值的 电容阵列组成（见图2 ）.模拟电子开 关受数字量的数字代码控制，代码为0 时开关接地，代码为1 时开关接到参考 电压上。这样，d13 为1 而其它为0 时，VA=VREF/2 ；当d12 为1 而其它 为0 时，VA=VREF/2 2 ；依次类推， 直到当d0=1 而其它为0 时， VA=VREF/2 14 。根据叠加原理，总的等效电势为： VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2……+d0VREF/2 14 以单极性输入为例，其具体的转换过程如下： （1）将电容的自由端均接在 AIN ，以使电容充电得到电压 VAIN 。 （2 ）将最高位电容接参考电 压，其它电容的自由端接地，以使 VA=VAIN ，即d13=1 而其它位为 0，这时，VA=VREF/2-VAIN ，当VA0 即VAINVREF/2 时，比较器的输出为1，并通过控制逻辑使 d13=0,反之使d13=1 。在最高位确定后，如果使d12=1 而其余为0，则VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2- VAIN 。 （3 ）要通过比较器和控制逻辑来确定次高位，依次向下类推，经过16 次比较以可以使转换结束 （包括两位附加位）。需要说明的是：图中的DUMMY 电容是为了使它前面的电容具有权值而设置的， 其本身没有权值。而由电容组成DAC 将使MAX194 具有采样保持功能，也就是电路不需加采样保持部 分。 另外，MAX194 自身具有校准功能，可在上电时进行校准。当外部环境改变时（如温度变化，电源 电压改变等），还可以人为地置RESET 为0 时进行校准。 2 管脚排列及功能 MAX194 的管脚排列如图3 所示。它采用 16 脚 DIP 封装，各管脚的功能如下： 引脚1 （BP/UP/SHDN ）为三态输入，此脚悬 空，则模拟信号以双极性方式输入；接高电平时以单 极性输入；接低电平时则以10µA 的关闭模式工作。 引脚10(RESET)接低电平时停止工作，并在上升 沿开始校准。 引脚9 （CONV ）变低后，A/D 转换开始。 引脚7 （EOC ）为转换结束输出。转换结束时输 出低电平，到一下次转换开始时再变成高电平。 引脚2 （CLK ）外接转换时钟，最大频率为 1.7MHz；引脚3(SCLK)如果在转换结束后读取结果，则以SCLK 的频率读取。它可以与CLK 的频率不 同，最大为5MHz 。 引脚5 （DOUT ）为串行数据输出脚，先输出最高位。 引脚8 （CS ）为片选信号，允许串行输出。 引脚12 （REF ）为参考电压输入端，输出范围为0～5V 。 引脚11 （AIN ）为模拟输入，输入范围为0～VRFEF 或-VREF～+VREF 。 引脚6，14 （DNCD ，AGND ）分别为数字地，