12位串行AD转换器的原理和应用开发.docVIP

12位串行A/D转换器的原理及应用开发 来源：国外电子元器件 -- 设计创新 2007-01-04 点击:149 ??????? 1 引言??????? MAXl224/MAXl225系列12位模/数转换器(ADC)具有低功耗、高速、串行输出等特点，其采样速率最高可达1．5Ms/s，在+2．7V至+3．6V的单电源下工作，需要1个外部基准源；可进行真差分输入，较单端输入可提供更好的噪声抑制、失真改善及更宽的动态范围；同时，具有标准SPITM/QSPITM/MI-CROWWIRETM接口提供转换所需的时钟信号，可以方便地与标准数字信号处理器(DSP)的同步串行接口连接。??????? MAX1224允许单极性模拟输入，MAX1225允许双极性模拟输入。该系列转换器可运行于局部关断模式和完全关断模式，能够将2次转换之间的电源电流分别降低至1mA(典型值)和1μA(最大值)；具有1个独立的电源输入，可直接与+1．8V到VDD的数字逻辑接口。此外，该系列还具有转换速度高、交流性能好和直流准确度高等 特性。??????? MAX1224/MAX1225的主要特点如下：??? ●1．5Ms/s采样速率；??? ●功耗仅18mW(典型值)；??? ●关断电流仅1μA(最大值)；??? ●高速、SPI兼容、3线串行接口；??? ●525kHz输入频率下69dB的S/(N+D)；??? ●内部真差分采样，保持(T/H)；??? ●外部基准源；??? ●无流水线延迟。???????? 2 封装及引脚功能??????? MAXl224/MAXl225采用小巧的12引脚TQFN封装，其引脚排列如表1所示。各个引脚的功能如表l所示。 ??????? 3 内部结构及工作原理??????? MAX1224/MAX1225采用输入采样，保持和逐次逼近寄存器(SAR)电路，将模拟输入信号转换为12位数字输出信号。串行接口仅需要3条连接线(SCLK、CNVST和DOUT)，提供了与微处理器(μP)和DSP的便利连接。图2给出简化的MAX1224/MAX1225内部结构。 ??????? 3．1真差分模拟输入采样/保持器??????? MAXl224/MAXl225的输入结构由采样/保持器、比较器及开关型数，模转换器(DAC)构成。在上次转换的第14个SCLK上升沿，采样，保持器进入其采样模式。一旦上电，采样/保持器就立即进入其采样模式。输入电容器正极连接至AIN+，输入电容器负极与AIN-相连。在CNVST的下降沿采样/保持器进入保持状态，转换正负输入之间采样的差值。采样／保持器采集输入信号所需的时间取决于其输入电容器的充电速度。如果输入信号源的阻抗较高，那么采样时间会延长。??????? 3．2输入带宽??????? ADC的输入采样电路具有15MHz的小信号带宽，使其能够数字化高速瞬变信号，以及通过使用欠采样技术测量带宽超过ADC采样速率的周期信号。为了避免高频干扰信号进入有用的频段，建议采用抗混叠滤波器。 ??????? 3．3上电初始化与启动转换 ??????? 在初始上电后，MAX1224/MAX1225要求1个完整的转换周期，以初始化内部校准电路。完成初始化转换之后，准备好正常工作。仅在硬件上电后，需要进行初始化，而在退出局部关断模式或者完全关断模式之后并不需要。CNVST拉低将启动1次转换。在CNVST信号的下降沿，采样/保持器进入其保持 模式，启动转换过程。SCLK提供转换时钟，数据随后从DOUT串行移出。??????? 3．4时序与控制??????? 启动转换和读数据操作由CNVST和SCLK端的数字输入信号控制。图3示出时序关系，描述串行接口的工作方式。??????? CNVST的下降沿启动1次转换时序：采样，保持器保持输入电平，ADC开始转换，DOUT从高阻态变为逻辑低电平。SCLK用于驱动转换进程，并串行输出每个转换完成的数据位。?????? 在第4个SCLK上升沿之后，SCLK开始移出数据。在每个SCLK上升沿的tDOUT之后，DOUT输出才有效，并且在下1个上升沿之后，还将保持4ns(tp-HOLD)的有效时间。第4个时钟上升沿在DOUT引脚输出转换结果的MSB位，并且MSB在第5个上升沿之后保持4ns的有效时间。由于共有12个数据位和3个 引导零位，所以至少需要16个时钟上升沿移出所有位。为了连续工作，需要在第14个和第16个SCLK上升沿之间将CNVST拉高。如果CNVST信号在第16个SCLK周期的下降沿保持低电平，DOUT端会在CNVST的上升沿或者下1个SCLK上升沿变为高阻态。 ???????? 3．5局部关断模式和完全关断模式???????