NXIN CMOS 8 位 8 通道数据采集系统：MAX161 与 MX7581 深度解析

在电子设计领域，数据采集系统是连接现实世界与数字世界的桥梁。今天，我们将深入探讨 MAX161 和 MX7581 这两款 CMOS 单芯片 8 位、8 通道数据采集系统（DAS），为电子工程师们提供全面的技术参考。

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产品概述

MAX161 和 MX7581 是高度集成的单芯片解决方案，每个芯片都包含一个 8 位 A/D 转换器、8 通道多路复用器、8x8 双端口 RAM 以及电压基准，能与大多数微处理器直接接口，形成一个完整的数据采集系统。其中，MAX161 是 MX7581 的增强版本，在转换速度、接口时序、零误差和漂移、功耗等方面都有显著提升，并且支持军事温度等级。它们都提供 28 引脚 DIP 和小外形（SO）封装，适用于数字信号处理、数据记录器、自动测试设备、机器人和过程控制等多种应用场景。

产品特点及订购信息

产品特点

• 快速转换时间：MAX161 的转换时间仅为 20μs，能够快速完成数据采集。
• 无丢码现象：在整个温度范围内都能保证数据的准确性。
• 片上 8x8 双端口 RAM：可直接与 Z80/8085/6800 接口，方便数据存储和读取。
• 比例测量能力：支持比例测量，提高测量精度。
• 交错 DMA 操作：内部逻辑提供自动交错 DMA 功能，确保内存更新与微处理器访问不会冲突。

订购信息

两款产品提供多种温度范围和封装形式可供选择，误差等级也有所不同，工程师可以根据具体应用需求进行选择。例如，对于常温环境下的应用，可以选择 0°C 到 +70°C 温度范围的产品；对于高温或低温环境，则需要选择相应的宽温度范围产品。

PART	TEMP RANGE	PACKAGE*	ERROR
MAX161ACPI	0°C 到 +70°C	Plastic DIP	17/8LSB
MAX161BCPI	0°C 到 +70°C	Plastic DIP	3/4LSB
……	……	……	……

技术参数

绝对最大额定值

了解产品的绝对最大额定值对于正确使用和保护设备至关重要。MAX161 和 MX7581 在不同参数下有明确的额定值限制，如数字输入电压、VREF 电压、模拟输入电压等。同时，还规定了工作温度范围、存储温度范围、引脚焊接温度和功耗等参数，工程师在设计时必须严格遵守这些限制，以确保设备的安全和稳定运行。

电气特性

精度相关参数

包括分辨率、相对精度、差分非线性、偏移误差、增益误差等。这些参数直接影响数据采集的准确性，不同型号的产品在这些参数上可能会有所差异。例如，MAX161C 在偏移误差和增益误差方面表现更优，适用于对精度要求较高的应用。

模拟输入参数

如输入电阻、VREF 电压范围、标称模拟输入范围等。这些参数决定了系统能够处理的模拟信号范围和特性。

数字输入输出参数

涵盖逻辑高/低阈值、输入泄漏电流、输入电容、输出高/低电压、浮动状态泄漏电流和电容等。这些参数对于与微处理器等数字设备的接口设计非常重要。

电源要求

规定了电源电压和电源电流，在设计电源电路时需要确保满足这些要求，以保证系统的正常工作。

时序特性

MAX161 和 MX7581 的时序特性对于系统的同步和数据传输至关重要。不同的参数如 ALE 脉冲宽度、地址有效到锁存建立时间、CS 到输出传播延迟等，都有明确的时间要求。工程师需要根据这些时序参数来设计微处理器的控制信号和数据读取时序，以确保数据的准确采集和传输。

详细工作原理及操作说明

基本操作

MAX161 和 MX7581 能够顺序将 8 个输入通道的模拟信号转换为 8 位数据字，并将转换结果持续更新到片上 RAM 中。每个通道的转换结果对应一个独立的 RAM 地址，用户可以直接从 RAM 中读取输出数据，无需关注转换过程。这两款器件可以直接由微处理器时钟（如 6800 类型系统）或控制信号（如 8085 类型系统中的 ALE）驱动。

A/D 转换

内部转换过程分为 10 个阶段，每个阶段持续 8 个时钟周期。在第一阶段，输入多路复用器递减，控制逻辑复位，STAT 引脚（pin 12）在该阶段开始时会拉低 8 个时钟周期（在通道 1 转换完成后，STAT 会拉低 72 个时钟周期）。在第 2 到 9 阶段进行逐次逼近 A/D 转换，最后在第 10 阶段将数据加载到 RAM 中。单个通道的转换需要 80 个输入时钟周期，而对所有通道进行一次完整扫描则需要 640 个时钟周期。上电后，内部启动逻辑会在 800 个时钟周期内初始化转换器。

数字接口与通道选择

通道选择通过真值表实现，RAM 地址由 A0 - A2 确定。在具有复用地址/数据总线的系统中，地址由 ALE（pin 16）锁存；当地址和数据总线分开时，可以将 ALE 置高使地址锁存透明化。

时序与控制

控制时序对于系统的正常工作至关重要。当 CS（pin 13）为高电平时，输出为高阻态；经过时间 tACC 后，输出数据有效。不同的时序参数如 ALE 脉冲宽度、地址建立时间等都有严格的要求，设计时需要确保微处理器的控制信号符合这些时序要求。

数据读取操作

这两款器件会持续扫描和转换模拟输入信号，输出数据（RAM 内容）是所选通道的最新转换结果。内部逻辑提供自动交错 DMA 功能，确保在微处理器访问内存时不会进行内存更新。当 CS 为高电平时，RAM 通常在时钟上升沿、STAT 拉低前 6 个时钟周期更新；当 CS 为低电平时（正在进行读取操作），内存更新会延迟 3 个时钟周期。这种设计可以避免异步读取时的数据冲突问题，同时不影响与其他厂家 MX7581 的兼容性。

通道识别

在某些实时应用中，可能需要在特定通道数据更新时提供中断信号。可以通过 STAT 信号来识别当前正在转换的通道，当通道 0 处于活动状态时，STAT 会拉低 72 个时钟周期（正常为 8 个时钟周期）。此外，也可以使用微处理器定期查询 STAT 输出进行通道识别。

工作电路与校准

单极性二进制操作

适用于 0 到 +10V 输入范围，需要将 -10V 参考电压通过电阻 R9 连接到 pin 10，并将时钟连接到 pin 15。校准步骤包括调整偏移（使用双极性偏移引脚 Bors）和满量程（通过调整所选输入的微调电阻 RN）。

单极性（补码二进制）操作

适用于 0 到 -10V 输入，校准过程包括偏移调整（当 AINO = -9.98V 时，调整 R11）和满量程调整（当输入为 -58.6mV 时，调整所选通道的微调电阻 RN）。

双极性（偏移二进制）操作

适用于 ±5V 双极性输入，校准步骤与单极性操作类似，包括偏移调整（当 AINO = -4.980V 时，调整 R11）和满量程调整（当输入为 +4.941V 时，调整所选通道的微调电阻 RN），并在增益调整后检查输出代码是否在 01111111 和 1000000 之间闪烁。

应用提示

模拟和数字接地

AGND 和 DGND 应在设备处连接在一起，如果 DGND 连接不就近，需要在 AGND 和 DGND 引脚之间连接钳位二极管（如 1N914），以防止接地噪声干扰。

逻辑去毛刺

在微处理器应用中，地址总线的不确定状态可能会在 CS 引脚产生毛刺，导致不必要的读取操作。可以通过适当的滤波和去毛刺电路来解决这个问题。

综上所述，MAX161 和 MX7581 是功能强大、性能优越的 8 位 8 通道数据采集系统，能够满足多种应用场景的需求。电子工程师在设计过程中，需要充分了解其技术参数、工作原理和应用提示，合理选择和使用这两款器件，以实现高效、准确的数据采集。你在实际应用中是否遇到过类似数据采集系统的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。