NXIN CMOS 8 位 8 通道數據采集系統：MAX161 與 MX7581 深度解析

在電子設計領域，數據采集系統是連接現實世界與數字世界的橋梁。今天，我們將深入探討 MAX161 和 MX7581 這兩款 CMOS 單芯片 8 位、8 通道數據采集系統（DAS），為電子工程師們提供全面的技術參考。

文件下載：MAX161BCWI+T.pdf

產品概述

MAX161 和 MX7581 是高度集成的單芯片解決方案，每個芯片都包含一個 8 位 A/D 轉換器、8 通道多路復用器、8x8 雙端口 RAM 以及電壓基準，能與大多數微處理器直接接口，形成一個完整的數據采集系統。其中，MAX161 是 MX7581 的增強版本，在轉換速度、接口時序、零誤差和漂移、功耗等方面都有顯著提升，并且支持軍事溫度等級。它們都提供 28 引腳 DIP 和小外形（SO）封裝，適用于數字信號處理、數據記錄器、自動測試設備、機器人和過程控制等多種應用場景。

產品特點及訂購信息

產品特點

• 快速轉換時間：MAX161 的轉換時間僅為 20μs，能夠快速完成數據采集。
• 無丟碼現象：在整個溫度范圍內都能保證數據的準確性。
• 片上 8x8 雙端口 RAM：可直接與 Z80/8085/6800 接口，方便數據存儲和讀取。
• 比例測量能力：支持比例測量，提高測量精度。
• 交錯 DMA 操作：內部邏輯提供自動交錯 DMA 功能，確保內存更新與微處理器訪問不會沖突。

訂購信息

兩款產品提供多種溫度范圍和封裝形式可供選擇，誤差等級也有所不同，工程師可以根據具體應用需求進行選擇。例如，對于常溫環境下的應用，可以選擇 0°C 到 +70°C 溫度范圍的產品；對于高溫或低溫環境，則需要選擇相應的寬溫度范圍產品。

技術參數

絕對最大額定值

了解產品的絕對最大額定值對于正確使用和保護設備至關重要。MAX161 和 MX7581 在不同參數下有明確的額定值限制，如數字輸入電壓、VREF 電壓、模擬輸入電壓等。同時，還規定了工作溫度范圍、存儲溫度范圍、引腳焊接溫度和功耗等參數，工程師在設計時必須嚴格遵守這些限制，以確保設備的安全和穩定運行。

電氣特性

精度相關參數

包括分辨率、相對精度、差分非線性、偏移誤差、增益誤差等。這些參數直接影響數據采集的準確性，不同型號的產品在這些參數上可能會有所差異。例如，MAX161C 在偏移誤差和增益誤差方面表現更優，適用于對精度要求較高的應用。

模擬輸入參數

如輸入電阻、VREF 電壓范圍、標稱模擬輸入范圍等。這些參數決定了系統能夠處理的模擬信號范圍和特性。

數字輸入輸出參數

涵蓋邏輯高/低閾值、輸入泄漏電流、輸入電容、輸出高/低電壓、浮動狀態泄漏電流和電容等。這些參數對于與微處理器等數字設備的接口設計非常重要。

電源要求

規定了電源電壓和電源電流，在設計電源電路時需要確保滿足這些要求，以保證系統的正常工作。

時序特性

MAX161 和 MX7581 的時序特性對于系統的同步和數據傳輸至關重要。不同的參數如 ALE 脈沖寬度、地址有效到鎖存建立時間、CS 到輸出傳播延遲等，都有明確的時間要求。工程師需要根據這些時序參數來設計微處理器的控制信號和數據讀取時序，以確保數據的準確采集和傳輸。

詳細工作原理及操作說明

基本操作

MAX161 和 MX7581 能夠順序將 8 個輸入通道的模擬信號轉換為 8 位數據字，并將轉換結果持續更新到片上 RAM 中。每個通道的轉換結果對應一個獨立的 RAM 地址，用戶可以直接從 RAM 中讀取輸出數據，無需關注轉換過程。這兩款器件可以直接由微處理器時鐘（如 6800 類型系統）或控制信號（如 8085 類型系統中的 ALE）驅動。

A/D 轉換

內部轉換過程分為 10 個階段，每個階段持續 8 個時鐘周期。在第一階段，輸入多路復用器遞減，控制邏輯復位，STAT 引腳（pin 12）在該階段開始時會拉低 8 個時鐘周期（在通道 1 轉換完成后，STAT 會拉低 72 個時鐘周期）。在第 2 到 9 階段進行逐次逼近 A/D 轉換，最后在第 10 階段將數據加載到 RAM 中。單個通道的轉換需要 80 個輸入時鐘周期，而對所有通道進行一次完整掃描則需要 640 個時鐘周期。上電后，內部啟動邏輯會在 800 個時鐘周期內初始化轉換器。

數字接口與通道選擇

通道選擇通過真值表實現，RAM 地址由 A0 - A2 確定。在具有復用地址/數據總線的系統中，地址由 ALE（pin 16）鎖存；當地址和數據總線分開時，可以將 ALE 置高使地址鎖存透明化。

時序與控制

控制時序對于系統的正常工作至關重要。當 CS（pin 13）為高電平時，輸出為高阻態；經過時間 tACC 后，輸出數據有效。不同的時序參數如 ALE 脈沖寬度、地址建立時間等都有嚴格的要求，設計時需要確保微處理器的控制信號符合這些時序要求。

數據讀取操作

這兩款器件會持續掃描和轉換模擬輸入信號，輸出數據（RAM 內容）是所選通道的最新轉換結果。內部邏輯提供自動交錯 DMA 功能，確保在微處理器訪問內存時不會進行內存更新。當 CS 為高電平時，RAM 通常在時鐘上升沿、STAT 拉低前 6 個時鐘周期更新；當 CS 為低電平時（正在進行讀取操作），內存更新會延遲 3 個時鐘周期。這種設計可以避免異步讀取時的數據沖突問題，同時不影響與其他廠家 MX7581 的兼容性。

通道識別

在某些實時應用中，可能需要在特定通道數據更新時提供中斷信號。可以通過 STAT 信號來識別當前正在轉換的通道，當通道 0 處于活動狀態時，STAT 會拉低 72 個時鐘周期（正常為 8 個時鐘周期）。此外，也可以使用微處理器定期查詢 STAT 輸出進行通道識別。

工作電路與校準

單極性二進制操作

適用于 0 到 +10V 輸入范圍，需要將 -10V 參考電壓通過電阻 R9 連接到 pin 10，并將時鐘連接到 pin 15。校準步驟包括調整偏移（使用雙極性偏移引腳 Bors）和滿量程（通過調整所選輸入的微調電阻 RN）。

單極性（補碼二進制）操作

適用于 0 到 -10V 輸入，校準過程包括偏移調整（當 AINO = -9.98V 時，調整 R11）和滿量程調整（當輸入為 -58.6mV 時，調整所選通道的微調電阻 RN）。

雙極性（偏移二進制）操作

適用于 ±5V 雙極性輸入，校準步驟與單極性操作類似，包括偏移調整（當 AINO = -4.980V 時，調整 R11）和滿量程調整（當輸入為 +4.941V 時，調整所選通道的微調電阻 RN），并在增益調整后檢查輸出代碼是否在 01111111 和 1000000 之間閃爍。

應用提示

模擬和數字接地

AGND 和 DGND 應在設備處連接在一起，如果 DGND 連接不就近，需要在 AGND 和 DGND 引腳之間連接鉗位二極管（如 1N914），以防止接地噪聲干擾。

邏輯去毛刺

在微處理器應用中，地址總線的不確定狀態可能會在 CS 引腳產生毛刺，導致不必要的讀取操作。可以通過適當的濾波和去毛刺電路來解決這個問題。

綜上所述，MAX161 和 MX7581 是功能強大、性能優越的 8 位 8 通道數據采集系統，能夠滿足多種應用場景的需求。電子工程師在設計過程中，需要充分了解其技術參數、工作原理和應用提示，合理選擇和使用這兩款器件，以實現高效、準確的數據采集。你在實際應用中是否遇到過類似數據采集系統的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。