模數轉換器(ADC)是計算機控制系統中的重要部分。根據數字信號的輸出方式可分為并行和串行兩大類。并行ADC雖然數據傳輸速度快，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點，而且傳輸速率較高，因此應用日漸廣泛。

1 概述

　　MAX1072／MAX1075是Maxim公司新推出的低功耗、高速、串行輸出10位模數轉換器。該器件的采樣速率為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)等優點，非常適合工業過程控制、數據采集、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 (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位數字輸出。數據輸出采用串行接口，僅需要3根數字連接線(SCLK、CNVST和DOUT)。非常方便與微處理器連接。MAX1072／MAX1075的內部結構原理圖如圖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，由SCLK提供轉換時鐘，啟動內部的逐次逼近轉換過程。轉換結束后，數據從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據。在每個SCLK上升沿之后DOUT輸出各位數據，并且在SCLK的下一個上升沿后保持4 ns，首先在DOUT輸出的轉換數據結果是MSB位，其他位依次輸出。由于共有10個數據位、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據。

4 典型應用

　　溫度測量是工業過程控制系統中的重要環節，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。這種電信號通常很微弱并且受到噪聲、失調和增益誤差的影響。在對電橋的輸出信號數字化處理之前，必須先將其進行放大和失調處理，以便與數模轉換器(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的主要功能是實現實時溫度循環測量與顯示。主要用于工業現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、數據放大器等。其中，數據放大器是一種組合式的放大器電路，具有很高的輸入阻抗、較低的失調電壓、很小的溫度漂移和較高的增益，更重要的是這種放大電路具有強大的抑制共摸干擾的能力。廣泛應用于熱電偶溫度計、應變測量橋、流量計和生物醫學測量等許多技術領域。

　　數據放大電路如圖4所示，該電路由2個運算放大器和多個電阻組成，其中A1，A2應選擇高輸入阻抗的運算放大器以保證測量的高精度，放大器電阻的選擇應是對稱的。A1，A2都采用同相放大器接法。熱電偶在工業現場采集的信號不可避免地攙雜有其他的干擾信號。圖4中輸入端的兩個電容具有濾波功能，其中22μF的電容可濾去高頻信號，0.1μF的電容可濾去低頻信號；電阻R2的作用是調零；電阻R3作用是浮置，提高電壓；A1、A2兩個運算放大器組成的電路對信號進行放大，使輸入信號轉換為ADC可識別的信號U1、U2。如熱電偶在工業現場采集的信號為0 mV～16.34 mV，放大至0 V～5 V。則放大倍數為306，只要調節R6即可。

　　在溫度測量系統的設計中，采用AT89C51進行控制。數據放大電路輸出的差動信號U1、U2通過MAX1075進行MD轉換，然后輸入AT89C51單片機完成實時溫度循環測量與顯示功能。溫度測量系統電路連接如圖5所示。

　　熱電偶采集現場溫度，由數據放大電路將檢測到的微小信號轉變為A／D轉換器可轉換的差動信號U1、U2；差動信號分別接到MAX1075的AIN+和AIN-端。MAX1075轉換啟動端CNVST由單片機經P11引腳發出信號選通；轉換結果由P10引腳從ADC的串行數據輸出端DOUT讀入單片機；讀取轉換數據的串行時鐘輸入端SCLK可由P12引腳依次發出高低電平構成。這樣，在AT89C51的控制下將A／D轉換后的數據傳送到單片機中進行處理。

　　在使用MAX1075時應注意以下事項：

　　1) 采樣／保持器采集輸入信號所需的時間取決于其輸入電容的充電速度，如果輸入信號源的阻抗較高，那么采樣時間會加長；

　　2) 為避免高頻干擾信號，應采用抗混疊濾波器；

　　3) 為保證正確轉換，ADC兩個輸入端電壓都不能超過VDD或者低于GND；

　　4) 在兩次轉換之間，這些器件可處于部分關斷模式或完全關斷模式，分別使電源電流降低至1mA(典型值)和1μA(值)；

　　5) 如果需要模數轉換連續工作，則應在第14個和第16個SCLK上升沿之間將CNVST拉高，當器件連續轉換時，具有的數據吞吐率；

　　6) 外部基準源REF引腳使用4.7 μF和0.01μF的旁路電容，可使性能達到。

5 結束語

　　低功耗、高速、串行輸出10位模數轉換器MAX1072／MAX1075具有單電源供電、占用微處理器口線少、易于連接等優點，而且具有真差分輸入，具有更好的噪聲抑制能力，降低了失真，并在單端輸入下具有更寬的動態范圍。筆者在溫度測量系統的設計中采用該器件，不但簡化了電路設計，還提高了測量精度，簡化了設計和調試過程。