2x4通道14位高速A/D转换芯片MAX125及其应用
Characteristic and Application of 2x4-Channel 14-bit high-speed Analog-to-Digital Sampling Chip MAX125

摘要：MAX125是MAXIM公司推出的一种2x4通道、14位高速、同时采样且带并行微机接口的逐次逼近型模-数转换芯片。本文介绍了该芯片的性能特点、内部结构和引脚排列,并结合其在电力系统中的应用,给出了由MAX125和TMS320F206微处理器共同构成的数据采集处理系统的硬软件设计。
关键词：采样保持;A/D;MAX125

---1.MAX125芯片简介

1.1概述

MAX125是MAXIM公司推出的一种高速、多通道、14位模-数转换芯片。该芯片内部带有一个14位、转换时间为3μs的逐次逼近型（SAR）模-数转换电路（ADC）,4x14位的RAM,可和数字信号处理器（DSP）总线接口的三态输出器件;片内还有4个采/保（T/H）,每个采/保的输入对应一个2选1模拟输入（共有8个模拟输入通道,4个一组,分为A和B两组）,输出经4选1开关到A/D转换器。

MAX125具有以下基本特点：

• 电压输入范围：-5V — +5V,电流输入范围：-667μA — +667μA
• 片内带有+2.5V基准源,也可采用外部基准源
• 具有±1/2LSB的积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）
• 有8个可编程的转换模式和一个低功耗模式（此时转换模式缺省为A组单通道）
• 采用±5V电源供电
• 具有高速并行DSP接口
• 每秒取样次数（sps）:

1个通道为250ksps

2个通道为142ksps

3个通道为100ksps

4个通道为76ksps

• 输入电阻10kΩ
• 孔径延迟为10ns
• 使用温度范围：

MAX125（A/B/C）CAX0℃至+70℃

MAX125（A/B/C）EAX-40℃至+85℃

• 采用SSOP-36封装形式

1.2MAX125的内部结构及引脚说明

MAX125的内部结构功能框图如图1所示

MAX125的引脚排列如图2所示,说明如下：

CH2BCH2A：通道2的2路模拟信号输入端,后经一2选1多路转换开关输出为一路进采样/保持电路

MAX125的内部结构功能框图1

CH1BCH1A：通道1的2路模拟信号输入端,后同通道2

AVDD：+5V（±5℅）模拟供电输入端

REFIN：外部基准电压输入端/内部基准电压输出端;在2.5V基准电源上接10kΩ电阻后连于此端;为适应温度变化范围大的场合,可选择MAX6325芯片（最大温漂1ppm/℃）直接为REFIN端供给2.5V电压。

REFOUT：基准缓冲器输出端;增益为+1的内部缓冲器在REFOUT端供给2.5V电压。

AGND：模拟接地端

D13-D6：并行数据输出端（D13=MSB）

DVDD：+5V（±5℅）数字供电输入端

DGND：数字接地端

D5 D4：并行数据输出端

D3/A3-D0/A0：双向的数据/地址端（D0/A0=LSB）;输入数据（A0-A3）及输出数据(D0-D13)是多路的三态双向接口,此并行I/O口很易与微处理器或DSP相接;由、和三端的信号来控制此I/O口的读写操作;当为高时,它不使能和

MAX125的引脚排列图2

的输入并强制此I/O口呈高阻状态。

CLK：时钟输入端;通常为16MHz,占空比必须为30℅至70℅,以保证信噪比SNR和动态噪声电平DNL的性能。

：片选信号输入端

：写状态输入端;当和为

低,编程A0-A3,置相应的模式转换命令字,当或上升沿时,则所设命令字写入MAX125,从而完成转换模式设定（注：通电MAX125的缺省转换模式为A组单通道模式）。

：读状态输入端;根据转换模式,需要转换N个通道,则需且仅需N个脉冲（1≤N≤4）。

：转换启动信号输入端;其上升沿使各个T/H保持其模拟输入值。

：中断信号输出端;下降沿变为低表示所有通道转换完成。

AVSS：-5V（±5℅）模拟供电输入端

CH4ACH4B：通道4的2路模拟信号输入端,后同通道2

CH3ACH3B：通道3的2路模拟信号输入端,后同通道2

2．MAX125在电力系统中的应用

2.1硬件设计

电力系统远动终端装置FTU是实现电力系统馈线自动化的核心设备,它应能采集线路的电压、开关经历的负荷电流和有功功率、无功功率等模拟量,并及时将上述信息发给远方自控中心,以确保电力系统的稳定运行。因此多通道、高速、同时采样的MAX125芯片特别适合这样的场合。

FTU的数据采集处理部分电路原理框图3

上图3为FTU的数据采集处理部分的电路原理框图。来自电压、电流互感器（PT、CT）的交流电压、电流信号首先经RC滤波器,再经放大器（接成射极跟随）连接到A/D转换器的输入端上,经A/D转换后,输出编码以2进制补码形式输入到TMS320F206 DSP[1]。

MAX125的工作模式可由CPU编程设定,写信号的上升沿锁存D0-D3,由此决定工作模式（见下表）并保持不变,直到重新编程。MAX125转换启动信号由高变低初始化A/D转换过程,其上升沿使片内多个采/保同时保持各自模拟输入信号。根据设定的工作模式,顺序转换各通道模拟输入,并将量化值顺序存入片内4x14位缓冲器中。当最后一个通道转换完成,给出转换完成信号,自动申请F206的中断,通知CPU读A/D数据,CPU顺序读出各通道的A/D数据,第一个读信号下降沿清除转换完成信号,自动撤消中断[2]。

MAX125转换模式表[3]

2.2 软件编程

A/D数据采集的初始化程序部分：

A/D输入口：adr.set0f730h;read

adw.set0f730h;write

.global _ADCHS

_ADCHS.set62h

mar*,ar5

larar5,#adr

lacc*;读A/D以便清除系统上电引起的虚假的转换完成信号

larar5,#adw

lacc#01h

sacl_ADCHS

sacl*;初始化MAX125的工作模式为A组2通道

splk#12499,60h

out60h,prd

out60h,tim

splk#0c00h,60h

out60h,tcr;选用F206片上定时器作为触发源,初始化定时器,设置定时时间间隔(即A/D采样周期)

ldp#0

splk#003fh,ifr

splk#0013h,60h

out60h,icr

splk#0007h,imr;开F206的中断

用于读取A/D数据的F206外部中断1服务程序(以A组2通道、B组2通道的工作模式为例)：

在C主程序中已经定义有unsignedintadsample[160]; 此数组用于存放采样数据

汇编中声明有.global_adsample

_sampling:

popd*+

sarar0,*+

sarar1,*

larkar0,1

larar0,*0+,ar4;调用sampling()函数时的初始处理

ssxm

ldp#0

larar0,#40

larar2,#adr

bit_ADCHS,13

bcndchanch,TC;TC=1即D2位为1,跳转去转换B组2通道;否则D2位为0,转换A组2通道

larar4,#_adsample+72

rpt#32

dmov*-

larar4,#_adsample+32

rpt#32

dmov*-

CH1A: mar*+,ar2

lacl*,ar4

sacl*,2

CH2A: mar*0+,ar2

lacl*,ar4

sacl*,2

mar*0+,ar2

lacc#05h;下次中断转换B组2通道

bch_switch

chanch:larar4,#_adsample+152

rpt#32

dmov*-

larar4,#_adsample+112

rpt#32

dmov*-

CH1B:mar*+,ar2

lacl*,ar4

sacl*,2

CH2B:mar*0+,ar2

lacl*,ar4

sacl*,2

mar*0+,ar2

lacc#01h;下次中断转换A组2通道

ch_switch:sacl_ADCHS

larar2,#adw

sacl*,ar1;函数返回前重新编程MAX125的转换模式

sbrk2

larar0,*-

pshd*

ret;函数的结束处理

3. 结束语

MAX125应用于FTU中,对于实现电力系统电压、电流等信号的实时采集,进而完成监控和各项保护功能起到了重要的作用。不仅如此,MAX125还广泛应用于多相电机控制、功率因数监控、电网同步分析、数字信号处理等领域。

参考文献：

1.李刚林凌叶文宇编著TMS320F206 DSP结构、原理及应用北京航空航天大学出版社2002年

2.孙涵芳INTEL 16位单片机北京航空航天大学出版社

3.MAXIM公司产品手册2000年