MAX161/MX7581：CMOS 8位8通道数据采集系统的深度解析

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，其性能的优劣直接影响到整个系统的精度和稳定性。今天，我们就来深入探讨MAXIM公司推出的CMOS 8位8通道数据采集系统——MAX161和MX7581。

文件下载：MAX161ACWI+T.pdf

一、产品概述

MAX161和MX7581是CMOS单芯片8位、8通道数据采集系统（DAS）。每颗芯片集成了8位A/D转换器、8通道多路复用器、带竞争逻辑的8x8双端口RAM以及与微处理器兼容的I/O逻辑。搭配电压基准源后，就能组成一个完整的数据采集系统，可与大多数微处理器实现接口连接。

MAX161是MX7581的增强型引脚兼容版本，具有更快的转换和接口时序、更低的零误差和漂移、更低的功耗，并且有军品级温度范围可选。所有器件都提供28引脚DIP和小外形（SO）封装。

二、应用领域

这款数据采集系统的应用十分广泛，包括但不限于以下几个方面：

1. 数字信号处理：在处理复杂的数字信号时，需要快速准确地采集数据，MAX161和MX7581的高速转换能力和高精度能够满足这一需求。
2. 数据记录器：可用于记录各种环境参数、工业生产数据等，为后续的数据分析和决策提供支持。
3. 自动测试设备：在自动化测试过程中，能够高效地采集测试数据，确保测试结果的准确性。
4. 机器人技术：为机器人提供环境感知所需的数据，帮助机器人做出准确的决策和动作。
5. 过程控制：在工业生产过程中，实时采集各种参数，实现对生产过程的精确控制。

三、产品特性

（一）高速转换

MAX161的转换时间仅为20μs，能够快速完成数据采集，满足实时性要求较高的应用场景。

（二）全温度范围内无漏码

在不同的温度环境下，都能保证数据采集的准确性，避免出现漏码现象，提高系统的可靠性。

（三）片上8x8双端口RAM

数据自动存储在双端口RAM中，可在微处理器控制下随时读取任意通道的数据，方便灵活。

（四）直接与多种微处理器接口

能够直接与Z80、8085、6800等微处理器进行接口，降低了系统设计的复杂度。

（五）比率测量能力

可实现比率测量，提高测量的精度和稳定性。

（六）交错式DMA操作

通过内部逻辑实现自动交错式DMA操作，确保在微处理器访问内存时不会发生内存更新冲突。

四、订购信息

MAX161和MX7581提供多种温度范围和封装形式可供选择，不同型号的误差也有所不同。具体订购信息如下表所示：	PART	TEMP RANGE	PACKAGE*	ERROR
MAX161ACPI	0°C to +70°C	Plastic DIP	17/8 LSB
MAX161BCPI	0°C to +70°C	Plastic DIP	3/4 LSB
MAX161CCPI	0°C to +70°C	Plastic DIP	1/2 LSB
......	......	......	......

在选择型号时，需要根据实际应用场景的温度要求、封装需求以及对误差的容忍度来进行综合考虑。大家在实际设计中，会优先考虑哪个因素呢？是温度范围、封装形式还是误差要求？

五、电气特性

（一）精度

在特定的时钟频率下，MAX161和MX7581具有不同的精度指标，包括分辨率、相对精度、差分非线性、偏移误差、增益误差等。例如，MAX161的分辨率为8位，不同型号的相对精度在±1/8LSB到±1LSB之间。

（二）模拟输入

输入电阻在10kΩ到30kΩ之间，VREF的范围为 -5V到 -15V，标称模拟输入范围根据不同的工作模式有所不同。

（三）数字输入输出

数字输入的逻辑高、低阈值分别为 +2.4V和 +0.8V，输入泄漏电流较小；数字输出的高、低电压分别为4.5V和0.2V，浮动状态泄漏电流和电容也有相应的指标。

（四）电源要求

电源电压范围为 +4.5V到 +5.5V，静态电流和动态电流根据不同的型号和工作频率有所不同。

六、详细操作说明

（一）基本操作

MAX161和MX7581会顺序将8个输入通道的模拟信号转换为8位数据字，并将数据存储到RAM的不同地址中。转换过程对用户透明，输出数据可直接从RAM中读取。设备可以直接由微处理器时钟（6800类型系统）或控制信号（8085类型系统的ALE）驱动。

（二）A/D转换

内部的转换过程分为10个阶段，每个阶段8个时钟周期。在第一个阶段，输入多路复用器递减，控制逻辑复位；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。单通道转换需要80个输入时钟周期，扫描所有通道需要640个时钟周期。上电后800个时钟周期内，内部启动逻辑会初始化转换器。

（三）数字接口

1. 通道选择

通过A0 - A2地址线选择RAM地址，在具有复用地址/数据总线的系统中，地址由ALE（引脚16）锁存；当地址和数据总线分离时，可将ALE置高使地址锁存透明。具体的通道选择真值表如下：	A2	A1	A0	ALE	CHANNEL DATA TO BE READ
0	0	0	1	Channel 0
0	0	1	1	Channel 1
......	......	......	......	......

2. 时序和控制

当CS（引脚13）为高电平时，三态数据驱动器处于高阻态；CS变为低电平时，驱动器切换到活动状态，经过时间tACC后输出数据有效。

3. 数据读取操作

MAX161和MX7581会持续扫描和转换模拟输入信号，不受数据输出所选通道的影响。片上RAM和竞争逻辑允许数据相对于转换过程异步读取，输出数据为所选通道的最新转换结果。内部逻辑提供自动交错式DMA，确保在微处理器访问内存时不会进行内存更新。

4. 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信号在通道0转换时保持低电平72个时钟周期（正常为8个时钟周期）来识别当前转换的通道，也可以使用微处理器定期查询STAT输出。

七、工作电路及校准

（一）单极性二进制操作

适用于0到 +10V输入的基本单极性操作，连接 -10V参考电压到引脚10，时钟连接到引脚15。校准分为偏移和满量程调整：

• 偏移调整：使用双极性偏移引脚Bos，通过调整电阻R10 - R12使所有通道的偏移相同。
• 满量程调整：向所有输入施加 +9.941V，选择一个通道并调整微调电阻RN，使DB7 - DB1为高电平，DB0（LSB）闪烁，然后对其他通道重复操作。

（二）单极性（补码二进制）操作

适用于0到 -10V输入的单极性补码二进制操作，校准方法类似：

• 偏移调整：选择通道0，当AIN0 = -9.98V时，调整R11使DB7 - DB1为低电平，DB0（LSB）闪烁。
• 满量程调整：向所有通道施加 -58.6mV，选择所需通道并调整微调电阻RN，使DB7 - DB1为高电平，DB0（LSB）闪烁。

（三）双极性（偏移二进制）操作

适用于±5V双极性操作，校准过程如下：

• 偏移调整：选择通道0，当AIN0 = -4.980V时，调整R11使DB1 - DB7为低电平，DB0（LSB）闪烁。
• 满量程调整：向所有通道施加 +4.941V，选择所需通道并调整微调电阻RN，使DB1 - DB7为高电平，DB0（LSB）闪烁；然后向每个增益调整后的通道施加 -19.5mV，若输出代码不在01111111和10000000之间闪烁，则重复校准过程。

八、应用提示

（一）模拟和数字接地

AGND和DGND应在设备处连接在一起，以防止向A/D转换器注入噪声。在AGND和DGND连接不就近的系统中，应在AGND和DGND引脚之间连接钳位二极管（如1N914）。

（二）电源旁路

VDD（引脚28）应使用10μF电解电容和0.1μF陶瓷电容旁路到AGND，尽量缩短引脚长度。

（三）逻辑去毛刺

地址总线上的未指定状态（由于不同的上升和下降时间）可能会在CS引脚产生毛刺，引发不必要的读取操作。可以采取相应的措施来消除这些毛刺。

综上所述，MAX161和MX7581是两款功能强大、性能优越的数据采集系统，在众多领域都有广泛的应用前景。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求和系统要求，合理选择型号和工作模式，并注意相关的应用提示，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这款数据采集系统时，遇到过哪些问题呢？又是如何解决的？欢迎在评论区分享你的经验和见解。