高速、多通道8位ADC-MAXl55／l56原理及在雷达中的应用
发布时间：2010-9-1 09:12
发布者：techshare
|
在某些测量与控制领域，要求A／D转换器具有多通道同时跟踪／保持(T／H)功能，以消除输人通道采样时间的不同。美国MAXIM公司推出的MAXl55／MAXl56A／D转换器是比较典型的一款，MAXl55／MAXl56A／D转换器每一个通道都有自己的T／H，并且所有的T／H在同一时刻采样，MAXl55／MAXl56A／D转换器还有一个2．5V的内部基准和电源关断功能，以提供完整的数据采集系统，结合笔者在雷达高频传输系统监控装置中使用该芯片的体会，本文将对MAXl55／156的结构、功能特性及其工作原理做简单介绍。 l MAXl55／MAXl56的总体结构和主要功能 MAXl55／MAXl56是高速、多通道的8位模数转换器(ADC)，MAXl55有8个模拟输入通道，MAX156有4个模拟输入通道。每一个通道都有自己的T／H在同一时刻取样。转换器在3．6μs内转换完一个通道，并且将结果存储在片内的8X8RAM中。当工作于+5V的单电源时，MAXl55／MAXl56可以工作于单极性或者双极性，进行单端或者差分转换。其内部结构如图l所示。  MAXl55有28脚DIP封装和宽SO封装如图2所示，MAXl56有24脚窄塑料DIP和28脚宽SO封装。  2 MAXl55／MAXl56的引脚说明  3 MAXl55／MAXl56的基本工作原理 MAXl55／MAXl56包含一个3．6μs的逐次比较型ADC和8／4个跟踪和保持输入端。当转换开始，所有的AIN端同时采样。各通道是否采样取决于他们是否被选中。进行单通道或者多通道转换都需要预先请求，且通道可以是单端和差分混合的。ADC的结果被存人片内RAM中。 给出一个WR脉冲，在WR的上升沿，MUX配置寄存器数据；在WR的下降沿，所有的输入开始采样。访问转换结果是用连续的RD脉冲来自动地从通道0开始顺序访问RAM。每一个RD脉冲将RAM的地址计数器加1。在多通道转换中，当WR变为低时，RAM地址计数器复位到0。在装载RAM地址(A0～A2)的同时使D4／INH为1，可设置地址并禁止转换，然后执行一条读操作，可以读出RAM的任一地址。 4 MAXl55／MAXl56的接口时序 当MODE输入端口开路时，为软配置模式。在软配置模式中，MUX配置寄存器决定转换的类型。在WR的上升沿，寄存器被更新。在转换开始后，BUSY端变为低，转换从选定的最低通道开始顺序进行。当BUSY变为高以后，转换结果存储到RAM中。在转换结束后，微处理器可以用连续的RD脉冲访问RAM中的数据。第一次读出的数据是最低通道的转换结果，后续的脉冲顺序读出余下的通道的转换结果。 对于较简单的应用场合，MODE和Vss端的连线可用来指定转换的类型，如表2所示。在这种模式下，不使用配置寄存器，所以D0～D7端的输人数据被忽略。例如，MODE端连接到低电平，在WR脉冲作用下，将启动8通道的单端转换；MODE端连接到高电平，在WR脉冲作用下，将启动4通道差分转换。在DO～D7端出现的数据不影响配置寄存器。  5 MAXl55／MAXl56在雷达高频传输系统中应用 雷达的高频传输系统接于发射机、接收机和天线之间，是整个收发系统的重要组成部分，主要承担着将发射机产生的大功率高频能量顺利高效地送达天线，再将天线的微弱信号馈送到接收机的功能。因此，他的工作状态好坏直接关系到收发系统乃至整部雷达性能的发挥。由于系统在大功率高频状态下工作，相关器件容易受损低(失)效，造成系统主要性能指标达不到要求，使高频能量不能有效传输、漏功超标，从而产生连锁反应，导致相关器件受损或烧坏。不但经济损失严重，而且使整个系统无法正常工作。为了避免上述情况的发生，加装高频传输系统监控保护装置，通过对系统中相关器件的工作状态实施定量实时的监控和安全保护，就可大大提高维修保障工作的针对性和有效性，将从根本上改变目前这种落后的监控手段，使雷达的保障水平和能力产生一个质的飞跃。图3所示为系统结构图。  在雷达高频传输监控装置中，由专用的传感器获得取样信号，经预处理电路滤波去噪使其电压值达到A／D转换器的电压输入范围，单片机采用查询方式获得A／D转换器的各路峰值检测的平均值，由单片机驱动显示出各路工作状态，在传输系统发生故障时，单片机调用报警子程序，若连续三次取样值超限，则发出声光报警并驱动发射机高压保护电路。由此可见，系统对A／D转换器的多通道的T／H功能提出很高的要求，所以我们采用了美国美信公司的MAXl55／MAXl56A／D转换器。 采用MAXl55的MODE端接地，Vss接一5V的8通道模式采样，MCS-51给出一个WR脉冲，在WR的下降沿转换开始，此时ADC的RAM地址计数器复位到0，在转换结束后，MCS-51通过连续RD的脉冲顺序读出RAM中的数据。第一次读出最低通道的转换结果，后续RD脉冲顺序读出余下通道的转换结果。图4所示为MAXl55与MCS-8051的接口电路图。  6 应用中应注意的几个问题 内部的2．5V基准源输出端(REFOUT)必须通过1个4．7μF的电解电容和1个0．1μF的瓷介电容旁路到模拟地，如果输入信号低于地电平，必须使用负电源，以保证器件的稳定性。 如果在REFIN端接人外部的基准源，那么REFOUT必须接旁路电容，或者将REFOUT端连接到VDD)禁止他，以防止振荡输出和在ADC中产生转换噪声，但缺点是电源关断模式中的电流会给定值大250μA。 MAXl55／MAXl56的T／H放大器的输入阻抗很高，一般不需要输入缓冲。MAXl55／MAXl56所有T／H同时采样。为得到最佳结果，模拟输入不应高于VDD+50mV或低于Vss一50mV。T／H采集一个通道的输入信号所需要的时间，取决于通道输入电容充电的速度。如果输入信号的源阻抗很高，那么采集时间就长，两次转换之间的间隔时间应长一些，采集时间一般不小于800ns。 |
网友评论