MAX161/MX7581：CMOS 8 位 8 通道數據采集系統的深度解析

在電子工程師的日常工作中，數據采集系統是一個關鍵的組成部分。今天，我們來詳細探討 MAX161 和 MX7581 這兩款 CMOS 單芯片 8 位、8 通道數據采集系統（DAS）。

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一、產品概述

MAX161 和 MX7581 是高度集成的芯片，每個芯片都包含一個 8 位 A/D 轉換器、8 通道多路復用器、帶有競爭邏輯的 8x8 雙端口 RAM 以及與微處理器兼容的 I/O 邏輯。當與電壓基準結合使用時，它們能構成一個完整的數據采集系統，可與大多數微處理器進行接口。其中，MAX161 是 MX7581 的增強型，引腳兼容，具有更快的轉換和接口時序、更低的零誤差和漂移、更低的功耗，并且有軍溫級產品可供選擇。

二、產品特性

2.1 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，滿足高速應用的需求。

2.2 全溫無漏碼

在不同的溫度環境下，都能保證數據的準確性，不會出現漏碼的情況。

2.3 片上 8x8 雙端口 RAM

方便數據的存儲和讀取，可在微處理器的控制下隨時讀取任何通道的數據。

2.4 直接接口能力

能夠直接與 Z80/8085/6800 等微處理器進行接口，簡化了系統設計。

2.5 比例測量能力

具備比例測量功能，可提高測量的精度。

2.6 交錯 DMA 操作

通過內部邏輯實現自動交錯 DMA 操作，確保在微處理器訪問內存時不會發生內存更新沖突。

三、應用領域

• 數字信號處理：在信號處理過程中，快速準確地采集數據，為后續的信號分析和處理提供支持。
• 數據記錄器：用于記錄各種數據，如工業生產中的過程數據、環境監測數據等。
• 自動測試設備：實現對各種設備的自動測試，提高測試效率和準確性。
• 機器人：為機器人提供環境感知和數據采集功能，使機器人能夠更好地適應環境。
• 過程控制：在工業生產過程中，實時采集數據，實現對生產過程的精確控制。

四、電氣特性

4.1 精度

分辨率為 8 位，相對精度可達 ±1% LSB，不同型號的芯片在差分非線性、偏移誤差和增益誤差等方面有所差異，但都可調整到零。

4.2 模擬輸入

輸入電阻在 10 - 30kΩ 之間，參考電壓范圍為 -5V 至 -15V，標稱模擬輸入范圍在不同模式下有所不同，如單極性模式（0 至 +10V 或 0 至 -10V）和雙極性模式（-5V 至 +5V）。

4.3 數字輸入輸出

數字輸入的邏輯高閾值為 +2.4V，邏輯低閾值為 +0.8V，輸入電容為 4 - 5pF；數字輸出的高電壓為 4.5 - 4.8V，低電壓為 0.2 - 0.6V。

4.4 電源要求

電源電壓為 +4.5 - +5.5V，靜態電流為 3 - 5mA，MAX161 在動態（時鐘頻率為 4.0MHz）時的電流為 5mA，MX7581 在動態（時鐘頻率為 1.2MHz）時的電流為 8mA。

五、時序特性

5.1 MAX161

ALE 脈沖寬度為 50 - 35ns，地址有效到鎖存建立時間為 45 - 30ns，地址有效到鎖存保持時間為 10 - 0ns，地址鎖存到 CS 建立時間為 10ns，CS 到輸出傳播延遲為 0 - 200ns，CS 脈沖寬度為 250 - 175ns，CS 到輸出浮空傳播延遲為 30 - 50ns，CS 到低阻抗總線時間為 70 - 100ns，時鐘頻率為 4.0MHz。

5.2 MX7581

ALE 脈沖寬度為 80 - 50ns，地址有效到鎖存建立時間為 70 - 45ns，地址有效到鎖存保持時間為 20 - 10ns，地址鎖存到 CS 建立時間為 20 - 10ns，CS 到輸出傳播延遲為 200 - 250ns，CS 脈沖寬度為 280 - 250ns，CS 到輸出浮空傳播延遲為 50 - 80ns，CS 到低阻抗總線時間為 100 - 150ns，時鐘頻率為 1.6 - 12MHz。

六、詳細操作說明

6.1 基本操作

MAX161 和 MX7581 會順序將 8 個輸入通道的模擬信號轉換為 8 位數據字，并將數據存儲在 RAM 中。轉換過程可由微處理器時鐘或控制信號驅動，用戶可直接從 RAM 中讀取輸出數據。

6.2 A/D 轉換

內部轉換過程分為 10 個階段，每個階段為 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；在第 2 至 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。單通道轉換需要 80 個輸入時鐘周期，全通道掃描需要 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。

6.3 數字接口

6.3.1 通道選擇

通過 A0 - A2 地址線選擇 RAM 位置，在復用地址/數據總線的系統中，地址由 ALE 鎖存；當地址和數據總線分開時，可將 ALE 置高使地址鎖存透明。

6.3.2 時序和控制

當 CS 為高電平時，三態數據驅動器處于高阻抗狀態；當 CS 為低電平時，驅動器切換到活動狀態，輸出數據在 tAcc 時間后有效。

6.3.3 數據讀取操作

芯片會持續掃描和轉換模擬輸入信號，片上 RAM 和競爭邏輯允許數據與轉換過程異步讀取。輸出數據為所選通道的最新轉換結果。內部邏輯提供自動交錯 DMA 操作，確保在微處理器訪問內存時不會發生內存更新沖突。

6.3.4 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。可通過 STAT 信號在通道 0 轉換時保持低電平 72 個時鐘周期來識別當前轉換的通道，也可使用微處理器定期查詢 STAT 輸出。

七、操作電路

7.1 單極性二進制操作

適用于 0 至 +10V 輸入，通過調整偏移和滿量程來校準。偏移調整使用雙極性偏移引腳 Bos，滿量程調整時，將 +9.941V 施加到所有輸入，選擇通道并調整微調電阻 RN 使 DB7 - DB1 為高電平，DB0（LSB）閃爍。

7.2 單極性（補碼二進制）操作

適用于 0 至 -10V 輸入，校準方法與單極性二進制操作類似，但輸入電壓和調整參數不同。

7.3 雙極性（偏移二進制）操作

適用于 ±5V 輸入，校準過程包括偏移調整和滿量程調整，偏移調整時將 AINO 設為 -4.980V，調整 R11 使 DB1 - DB7 為低電平，DB0（LSB）閃爍；滿量程調整時將 +4.941V 施加到所有通道，調整微調電阻 RN 使 DB1 - DB7 為高電平，DB0（LSB）閃爍。

八、應用提示

8.1 模擬和數字接地

AGND 和 DGND 應在設備處連接在一起，以防止噪聲注入 A/D 轉換器。在非本地連接的系統中，可在 AGND 和 DGND 引腳之間連接鉗位二極管。VDD 應使用 10μF 電解電容和 0.1μF 陶瓷電容旁路到 AGND，并盡量縮短引線長度。

8.2 邏輯去毛刺

地址總線上的未指定狀態可能會導致 CS 引腳出現毛刺，引發不必要的讀取操作。可通過適當的電路設計來消除這些毛刺。

九、訂購信息

MAX161 和 MX7581 有多種溫度范圍和封裝可供選擇，包括塑料 DIP、小外形封裝（SO）、陶瓷封裝等，不同型號的誤差也有所不同。

總之，MAX161 和 MX7581 是功能強大的數據采集系統芯片，在多個領域都有廣泛的應用前景。電子工程師在設計時，可根據具體需求選擇合適的型號和封裝，并注意操作電路的校準和應用提示，以確保系統的穩定性和準確性。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。