高性能∑-Δ ADC的原理及應(yīng)用

　　4.2 極限參數(shù)

　　下面是MAX1403 ADC芯片的極限參數(shù)。

　　●模擬電源電壓（V+）：-0.3V～+6V；

　　●數(shù)字電源電壓（VDD）：-0.3V～+6V；

　　●模擬地與數(shù)字地間的電壓：-0.3V～+0.3V；

　　●模擬輸入電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

　　●模擬輸出電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

　　●參考電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

　　●所有數(shù)字輸出電壓：-0.3V～（VDD+0.3V）；

　　●所有其它數(shù)字輸入電壓：-0.3V～+6V；

　　●時(shí)鐘輸入和時(shí)鐘輸出電壓：-0.3V～（VDD+0.3V）；

　　●功耗：50mW。

　　5 應(yīng)用電路

　　由于MAX1403具有多種功能，所以在各種寬動(dòng)態(tài)范圍（電子稱和壓力傳感器）和串行接口的單片機(jī)系統(tǒng)中頗受歡迎，下面給出幾個(gè)主要的應(yīng)用電路。

　　5.1 RTD應(yīng)用電路

　　由MAX1403 和少量外圍元件組成的3線RTD實(shí)用線路如圖3所示。圖中的兩個(gè)電流源（200μA）是經(jīng)過嚴(yán)格匹配的，其目的是為了補(bǔ)償3線RTD線路中的誤差。在3線 RTD電路中，如果只作用一個(gè)電流源，那么引線電阻將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，此時(shí)200μA電流通過RL1將產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓并加到PGA的兩上輸入端（AIN1和AIN2）。如果再使用另一個(gè)大小和前一個(gè)電流源大小相等的電流源。那么該電流源在RL2也將產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓，其大小和RL1的誤差電壓大小相同，方向相反，從而可保證AIN1和AIN2輸入端的誤差電壓為零，即不受引線電阻的影響。圖3中的參考電壓是由一個(gè)電流源（200μA）在 12.5kΩ電阻的壓降提供的，這樣設(shè)置能保證ADC獲得更精確的比率結(jié)果。

　　4線RTD應(yīng)用電路如圖4所示。該圖與3線RTD線路唯一的區(qū)別是測(cè)量輸入端AIN1和AIN2沒有引線電阻產(chǎn)生的誤差電壓。電流源OUT1能夠給RTD提供一個(gè)激勵(lì)電流，而電流源 OUT2提供的電流，在電阻RREF可產(chǎn)生一個(gè)參考電壓供調(diào)制器使用。在4線RTD應(yīng)用電路中，模擬輸入電壓里的RTD溫度誤差是由于RTD電流源溫漂產(chǎn)生的，它可以利用改變參考電壓的方式進(jìn)行補(bǔ)償，從而使輸入端AIN1和AIN2的誤差電壓達(dá)到零。

　　5.2 與單片機(jī)的接口電路

　　由MAX1403 和單片機(jī)68HC11組成的接口實(shí)際線路如圖5所示。從圖5中可以看出，該接口電路非常簡單，是花綱單片機(jī)I/O口較少的一種。當(dāng)單片機(jī)具有一個(gè)硬件 SPI（串行外設(shè)接口）時(shí)，就能使用三線接口，并與MAX1403直接相連。SPI硬件在SCLK上產(chǎn)生8個(gè)脈沖就能在一個(gè)引腳上移入數(shù)據(jù)，而在另一個(gè)引腳上移出數(shù)據(jù)。

　　為了獲得最佳效果，可使用一個(gè)硬件中斷來監(jiān)視INT引腳和采集新數(shù)據(jù)（硬件中斷有效時(shí)）。如果硬件中斷無效或中斷執(zhí)行時(shí)間比選擇轉(zhuǎn)換速率時(shí)間長，可使用SYNC位來防止測(cè)量時(shí)從數(shù)據(jù)輸出寄存器中讀出數(shù)據(jù)。

　　MAX1403 的另一種接口電路如圖6所示。從圖中看出，該接口電路所耗費(fèi)的單片機(jī)I/O口更少，線路更簡潔。全體單片機(jī)的I/O引腳均可與MAX1403接口。如果一個(gè)雙向中開漏I/O引腳有效，即可把DOUT和DIN相連，從而進(jìn)一步降低接口引腳數(shù)。要使用MAX1403三線接口，圖中CS引腳必須接地。

　　5.3 4～20mA變送器

　　由MAX1403 和μC/μP及DAC等電路組成的4～20mA變送器如圖7所示。這是一種低電壓、單電源供電、易與光耦合器接口的變送器，其性能非常良好。變送器從 4～20mA環(huán)路中得到功率（能量），從而使變送器電路的電流被限制在4mA。如果把環(huán)路電流的容限進(jìn)一步限制在3.5mA，那么變送器仍然可將環(huán)路電流保持在3.25mA，因?yàn)镸AX1403本身消耗電流為250μA（0.25mA）。

　　6 印刷電路板和元件裝接中的問題

　　為了使ADC獲得最佳的性能，必須使用模擬地和數(shù)字地分開的印刷電路板。在印刷電路板的設(shè)計(jì)中，特別要注意地線的布置。通常把模擬地和數(shù)字地獨(dú)立設(shè)置在各自電路中，然后把模擬地和連到一點(diǎn)（星號(hào)標(biāo)志）。如果系統(tǒng)中只有一片MAX1403，那么可把該片的AGND和DGND引腳一起連到地平面；如果系統(tǒng)中有多片MAX1403，那么可把多塊芯片的AGND和DGND引腳相連，爾后連到一個(gè)公共點(diǎn)，而這個(gè)公共點(diǎn)應(yīng)盡量靠近MAX1403的星形地。 數(shù)字地嚴(yán)禁設(shè)計(jì)在芯片下面，因?yàn)檫@樣會(huì)把噪聲耦合給芯片，從而影響ADC正常工作。但是應(yīng)當(dāng)使模擬地在芯片下面運(yùn)行，因?yàn)檫@樣能減少數(shù)字噪聲的耦合。MAX1403的電源引腳輸入線應(yīng)盡可能寬，以提供一個(gè) 低阻抗通道，從而降低電源線上脈沖的影響。

　　由于MAX1403是高分辨率的ADC，因而電源的耦合電路尤為重要。因此在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)所有的模擬電源輸入都加一級(jí)去耦電路，即用10μF鋰電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)到地。而這些卻耦電路的元件應(yīng)盡可能靠近芯片的電源引腳，這樣才能獲得更好的去耦效果和消除因引線過線而帶來的干擾。