深入剖析MAX133/134：3¾ 位数字万用表电路的卓越之选

在电子测量领域，3¾ 位数字万用表（DMM）是一种常见且实用的工具。而MAX133/134作为专为3¾ 位数字万用表和数据采集系统设计的集成式A/D转换器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为众多工程师的首选。本文将对MAX133/134进行全面深入的剖析，为电子工程师们提供详细的技术参考。

文件下载：MAX134EQH+D.pdf

一、产品概述

MAX133和MAX134是用于3¾ 位数字万用表和数据采集系统（如数据记录器和称重秤）的集成式A/D转换器。其内部分辨率高达±40,000计数，额外的一位作为保护位，可实现自动调零或去皮功能，将4000计数的显示读数调整到显示计数的1/10。转换时间仅为50ms，每秒可进行20次转换。

两款器件的主要区别在于微处理器接口：MAX133具有4位复用地址/数据总线，而MAX134则拥有3条独立的地址线和4位双向数据总线。它们都能与4位、8位和16位微处理器配合使用。

二、关键特性

高分辨率与高精度

• 分辨率：具备40,000计数的高分辨率，能够精确测量微小信号变化。
• 精度：达到0.025%的高精度，确保测量结果的准确性。

低功耗与少元件

• 低功耗：典型工作电流仅为100μA，待机电流低至25μA，有效降低功耗。
• 少元件：外部元件数量少，可减少系统成本和电路板空间。

灵活的微处理器接口

支持多种微处理器接口，方便与不同类型的微处理器进行连接和通信。

三、电气特性

绝对最大额定值

• 电源电压：最大为+15V。
• 数字输入：范围为(DGND - 0.3V)至(V+ 0.3V)。
• 功耗：最大为800mW。
• 存储温度：范围为 -65°C至+160°C。
• 引脚温度（焊接10秒）：最大为+300°C。

电气参数

• 模拟特性：包括零点读数模式下的直流电压零输入偏移读数、交流泄漏电流、翻转误差、差分非线性等参数，确保模拟信号处理的准确性。
• 交流时序：规定了不同模式下的时序参数，保证数据采集的同步性。
• 电源与数字部分：涵盖数字地电压、模拟公共电压、模拟公共源能力、输出高低电平、输入高低电平、电源电流、睡眠电流和低电池电压等参数，为系统设计提供了全面的电气参考。

四、系统架构与功能模块

A/D部分

采用“残差乘法”转换方案，每50毫秒提供一个完整的±40,000计数分辨率读数，同时具备出色的噪声性能和电源线共模抑制能力。微处理器需定期指令MAX133/134进行零读数转换，以消除系统偏移。

输入范围切换

在电压测量中，通过选择合适的分流电阻将输入电压衰减至400mV范围。为避免高频、高压信号耦合引起的误差，400mV和电流输入引脚在未选中时会连接到公共端。

欧姆和二极管测量

输入衰减电阻在欧姆模式下用作参考电阻，通过测量参考电阻上的电压和IN LO与IN HI之间的差分电压来计算未知电阻值。数字输出代码与未知电阻和参考电阻的比值成正比。

有源滤波器

采用2极有源滤波器电路，可有效抑制噪声和干扰。但该滤波器会限制MAX133/134对输入电压变化的响应速度，因此在自动量程切换时可考虑断开输入滤波器。

振荡器和蜂鸣器驱动器

使用32768Hz音叉晶体，内部时钟用于序列和测量计数器。蜂鸣器输出可直接驱动压电蜂鸣器，微处理器可通过控制位选择蜂鸣器频率并开启或关闭。

电源、公共端、数字地和低电池检测器

可使用标称9V电池或+5V电源供电，模拟公共端电压标称值比V+低3.0V，数字地电压标称值比V+低5V。低电池检测电路可在电池电压接近最低工作电压（约6.8V）时发出指示。

数字接口

MAX133和MAX134的数字接口有所不同。MAX133采用复用地址和双向数据总线，而MAX134则拥有3条独立地址线和双向数据总线。通过这些接口，微处理器可对MAX133/134进行控制和数据读取。

五、应用注意事项

元件选择

• 积分电阻：在X2模式下，两个INT电阻必须精确相等，以实现准确的2倍乘法。
• 积分电容：正常取值为4.7nF，选择高质量的聚丙烯电容可减少积分线性误差。
• 有源滤波器元件：滤波器电阻值在1M至3M之间为最佳，同时应选择聚丙烯电容以减少介电吸收引起的误差。
• 晶体和晶体振荡器电容：使用高Q值、低功耗的32,768Hz晶体，振荡器电容典型值为10pF，需根据实际情况进行调整。
• 衰减网络：衰减电阻的电压系数和温度系数应尽可能低，以确保测量精度。
• 输入衰减补偿电容：补偿电容值应尽可能低，以避免高频、高压信号引起的转换误差。
• 正温度系数电阻（PTC）：PTC电阻值应尽可能低，以减少对测量信号的影响。

软件设计

• 自动量程：可通过检测读数是否超出范围来实现自动量程切换，可在连续运行或保持模式下进行。
• 平均读数降噪：在数据采集系统中，通过平均N次读数可将噪声降低N倍。
• BCD到二进制转换：可使用标准的BCD到二进制转换算法将转换结果转换为二进制格式。

印刷电路板布局

• 减少积分电容和缓冲输出端的杂散电容，避免误差和振铃现象。
• 将CINT尽可能靠近积分器输入引脚，以减少噪声拾取。
• 最小化两个RINT电阻连接节点的电容，避免积分器输入边缘失真。
• 尽量减少MAX133/134 1k引脚与1k电阻之间的电阻，以及1k电阻与In Lo引脚之间的电压降。
• 将In Lo直接连接到电流感测电阻的一端，避免公共线路上的电压降引起的误差。

六、应用拓展

数据采集系统

• 作为多路复用器：在电压范围有限的应用中，可将输入开关用作多路复用器。
• 非标准电压范围测量：通过调整信号衰减/放大或MAX133/134的电压跨度，可实现非标准电压范围的测量。
• 单极操作：通过电阻偏移网络将单极信号转换为双极信号，利用MAX133/134的全80,000计数分辨率进行测量。
• 比例测量：在称重秤、压力传感器和负载单元应用中，可进行比例测量。

时钟频率调整

• 较低的时钟频率可改善噪声性能，但会降低读数速率。
• 不建议使用高于50kHz的时钟频率，以免引起差分非线性误差。

灵敏度提升

通过调整INT电阻的比例，可将X2模式的灵敏度提高10倍，实现40mV满量程范围的1μV分辨率。

有源滤波器禁用

在信号源阻抗较低的应用中，可降低滤波器电阻值以减少泄漏电流引起的误差。若需要快速稳定，可禁用滤波器。

七、总结

MAX133/134作为一款高性能的集成式A/D转换器，在3¾ 位数字万用表和数据采集系统中具有广泛的应用前景。其高分辨率、高精度、低功耗和灵活的接口等特性，为电子工程师提供了强大的设计工具。在实际应用中，工程师需根据具体需求合理选择元件、优化软件设计和印刷电路板布局，以充分发挥MAX133/134的性能优势。

大家在使用MAX133/134的过程中，是否遇到过一些特殊的问题或有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。