MAX121芯片在高速串行接口電路中的應用

1 MAX121芯片的性能與特點

 MAX121芯片是一個帶串行接口的14位模數(shù)轉換集成電路（ADC），它包含有跟蹤/保持電路 的一個底飄溢、底噪聲、掩埋式齊納電壓基準電源。它的轉換速度快、功率消耗底、采樣速率高達308 ks/s點，滿量程輸入電壓范圍為±5V，功耗為210 mW?？膳c大多數(shù)流行的數(shù)字信號處理器的串行接口直接接口，該輸入可以接收TTL或CMOS的信號電平，時鐘頻率為0.1-5.5MHz。

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 MAX121芯片的功能方框圖如圖1所示。它有16腳和20腳模式，16腳有DIP和SO封裝，20腳有 SSOP封裝。特點如下：

14位分辨率；2.9 μS轉換時間/308 ks/s吞吐率；400 ns采樣時間；底噪聲和低失真：78Db SINAD-85Db THD；±5V雙極性輸入范圍，可時承受±15V的過電壓；210 mW功耗；可用連續(xù)轉換模式；30 ppm/C，-5V內部基準源；與DSP處理器接口；16腳DIP和SO封裝，20腳SSOP封裝。

 極限參數(shù):V_DD對DGND 0.3-+6V；V_SS對DGND +0.3--7V；AIN對AGND±15V；AGND對DGND ±0.3V數(shù)字輸入對DGND（CS，CONVST，MODE，CLKIN，INVCLK，INVFRM）；-0.3(V_dd+0.3V)；數(shù)字輸出對DGND（SFRM，F(xiàn)STRT，SCLK，SDATA ）+0.3(V_dd+0.3V)；連續(xù)功率消耗（T_A=+70 ℃）

 強度超出上述極限參數(shù)可能導致器件的永久性損壞。這些僅僅是極限參數(shù)，并不意味著在極限參數(shù)條件下，或在任何其他超出技術規(guī)范規(guī)定的工作條件下，器件能有效地工作。延長在極限參數(shù)條件下的運行時間，會影響器件的可靠性。

2 工作電路

 MAX121運用逐次比較技術和跟蹤/保持（T/H）電路，將模擬信號轉換為14位串行數(shù)據(jù)輸出 碼。其控制邏輯接口很容易與大多數(shù)微處理器（霵）和數(shù)字信號處理器（DSP）相連接，在大多數(shù)應用中只需要很少幾個無源元件。T/H電路不需要外接電容。

2.1 模擬輸入跟蹤與保持

 根據(jù)等效輸入電路分析，給出ADC的模擬比較器的采樣結構。內部緩沖器給保持電容充電，以減小轉換期間所要求的采集時間。模擬輸入端呈現(xiàn)6k輸入電阻及與其并聯(lián)的10pF電容。

 在兩次轉換之間，緩沖器輸入通過輸入電阻連接到AIN端。當轉換開始時，緩沖器與AIN端 斷開，對輸入信號采樣。在轉換結束時，緩沖器輸入端又連接到AIN端，而且保持電容跟蹤 輸入電壓。無論何時，只要轉換沒有進行，T/H就處于跟蹤模式。在轉換開始以后，保持模 式啟動時間接近10 ns（窗口延遲）。從一次轉換到下一次轉換延遲變化的典型時間為30 ps（窗口抖動）。

2.2 電路時鐘頻率

 MAX121工作時需要一個與TTL，CMOS電平兼容的時鐘，時鐘頻率的范圍從0.1-5.5 MHz。為滿足2個時鐘周期400 ns采集時間的要求，最大時鐘頻率限制在5MHz。由于內部T/H 電壓下降速率的限制，所有模式的時鐘頻率不應低于0.1MHz。

2.3 輸出數(shù)據(jù)格式

 轉換結果以16位串行數(shù)據(jù)流輸出，前14位為數(shù)據(jù)位（首先為MSB），后2位為零。輸出數(shù)據(jù) 為二進制補碼形式。在CLKIN的上升沿，數(shù)據(jù)在SDATA端同步輸出。

 輸出數(shù)據(jù)可用FSTRT或者SFRM輸出來分幀。FSTRT（平常為低）低于MSB1個時鐘周期變?yōu)楦?。FSTRT的下降沿SDATA端輸出MSB。

 SFRM輸出（當INVFRM=V_dd時通常為高）變?yōu)榈偷耐瑫r，MSB出現(xiàn)在SDATA端。16個時鐘周期以后 SFRM變?yōu)楦唠娖?。通過輸入接到數(shù)字地，可反轉SFRM的極性。要求每次轉換最少為18個時鐘周期，以獲得有效SFRM輸出。

 如果有幾個器件共用串行總線，可以參看圖2的數(shù)據(jù)存取和數(shù)據(jù)保持時序。

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3 TMS320高速串行接口

3.1 上電后的初始化

 如果滿足下列條件，上電后MAX121的首次轉換將是有效的。提供16個時鐘脈沖使T/H進入跟蹤模式，再加上跟蹤模式中數(shù)據(jù)采集的最小時間400 ns。確?；鶞试匆呀?jīng)穩(wěn)定。每1μF基準源旁路電容的穩(wěn)定時間是0.5 ms（對22μF電容為11ms）。

3.2 串行時鐘最大速率

 與數(shù)字信號處理器接口時，MAX121的串行時鐘最大速率取決于處理器的串行數(shù)據(jù)輸入所要 求的最小建立時間和ADC的時鐘與數(shù)據(jù)的最大延遲時間。MAX121有兩種方法將數(shù)據(jù)讀入處理器。 CLKIN是MAX121的輸入時鐘，而SCLK是使數(shù)據(jù)移位進入處理器的串行時鐘，支持異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀_SU是處理器串行數(shù)據(jù)輸入端所要求的數(shù)據(jù)建立最小時間；t_CD是MAX121的CL KIN到SCLK最大延時時間；t_SC是MAX121的SCLK到SDATA的最大延時時間。MAX121 的SCLK輸出驅動處理器的串行接口，此時可從以上議程中去掉t_CD項，并允許使 用更快的時鐘頻率。在這種情況下，串行時鐘最大速度由下式計算：

 f_CLKIN=1/2(t_SU+t_SC)

3.3 高速數(shù)據(jù)串行接口

 MAX121的靈活性使它可以與德州儀器公司TMS320的各種串行接口連接。高速接口可使MAX121/TM320系統(tǒng)獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐率，此時MAX121工作在它的最快時鐘。圖3示出了完成這種 接口所需的連線。圖4為接口的時序圖。

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 MAX121的CLKIN由外部時鐘振蕩器驅動。TMS320的XF0 I/O口驅動MAX121輸入端為低，啟動 一次轉換。TMS320的CLKR（接收時鐘）端配置為輸入，并由 MAX121的SCLK輸出端驅動。MAX 121的SDATA輸出端數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿改變狀態(tài)，而在時鐘下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存到TMS320的 DR輸入端。這樣可提供1/2個時鐘周期，以滿足TMS320DR輸入端所需要的數(shù)據(jù)建立和保持時間。 MAX121SCLK和SDATA之間的最大時滯在+25時為65ns，所以1/2個時鐘周期足以滿足要求的建立和保持時間。

 MAX121的FSTRT輸出驅動TMS320的FSR輸入，以對數(shù)據(jù)分幀。FSTRT輸出的下降沿指示MSB已準備好，可被鎖存。在下一個時鐘下降沿，MSB被鎖存在TMS320。使用這種接口，TMS320可接收16位字（在TMS320串行口整體控制寄存器中，RLEN=01），于是14位數(shù)據(jù)被時鐘同步移入DSP，同時跟隨兩位尾隨的0。

4 結論

 近幾年來，隨著便攜式、手提式電子產(chǎn)品的日益增多，MAXIM系列產(chǎn)品的應用也越來越廣 泛，這里詳細介紹了MAX121芯片在數(shù)字信號處理高速串行接口電路方面的應用。同時MAX121集成電路也在語言識別和合成、DSP伺服合成、頻譜分析等領域都有廣泛的應用。

參考文獻

1 鄭玉墻，徐子聞MAXIM集成電路使用手冊.北京：人民郵電出版社，1988，1

2 中國電子協(xié)會信號處理學會（譯）. 數(shù)字信號處理程序庫.北京：清華大學出版社， 1988
3 王建新.TMS320數(shù)字信號處理器與應用.南京：南京理工大學出版社，1994，10

來源：現(xiàn)代電子技術