摘要：MAX1403是美國MAXIM公司生產的一種高性能ADC芯片，可用于數字化的前端處理以及溫度測量和變換，并可與單片機方便地連接。該芯片同時具有高精度、多功能、低功耗等特點。文中介紹了MAX1403的特點、結構和應用電路。最后指出了MAX1403在裝接及電路板設計方面應注意的問題。

1 概述

MAX1403是一種18位、過采樣的ADC芯片，它利用∑-Δ調制器和數字濾流器可實現真正的16位轉換精度。在應用中，為了得到高輸出的數據速度，可選擇數字濾波因子，并可降低轉換分辨率。而調制器的采樣頻率可作為最小功耗和最高輸出數據速率選擇的首選條件。

MAX1403能夠提供具有獨立編程（增益從1V/V～+128V/V）的三路真差動輸入通道，并能補償輸入參數電壓的直流失調。而這三路真差動輸入通道還能組成五路偽差動輸入通道。另外，該芯片還具有兩個附加的差動校正通道，它能對增益和失調誤差進行校正。

MAX1403能夠對所有輸入信號進行處理，并通過串行數字接口向外提供轉換結果。當主機時鐘頻率為2.4576MHz或1.024MHz時，片內數字濾波器能夠對線路頻率和有關諧波頻率進行處理，并使這些頻率的幅值為零。以使在無需外接濾波器的條件下也能獲得較好的濾波效果，同時，這也有助于提高輸出端數字信號的質量。

MAX1403的主要特點如下：

●分辨率為18位；

●具有8個寄存器；

●功耗低

●具有兩個匹配的傳感器激勵電流源；

●3個真差動輸入或5個偽差動輸入通道；

●2個附加輸入校正通道；

●帶有一個雙向串行通訊接口；

●模擬電源和數字電源采用獨立供電方式；

●可用軟件控制增益和失調。

2 引腳功能

MAX1403芯片采用28引腳SSOP封裝，它的引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

CLKIN：時鐘輸入引腳；

CLKOUT：時鐘輸出引腳。使用外部晶振時，將外部晶振連在CLKIN和CLKOUT之間；當使用外部其它時鐘信號時，其時鐘信號（頻率為2.4576MHz或1.024MHz）在CLKIN輸入，而CLKOUT不連。

CS：片選輸入引腳。低電平有效。當CS為低電平時，允許芯片工作在三線接口模式，并能選擇串行接口上的多個器件或作為幀同步信號。

RESET：復位輸入引腳。低電平有效。當RESET為低電平時，能使控制邏輯、接口邏輯、數字濾波器和模擬調制器在上電后復位；RESET為高電平時，退出復位。

DS1：輔助數字輸入位1的數字輸入引腳；

DS0：輔助數據輸入位0的數字輸入引腳；

OUT2：傳感器激勵電流源2；

OUT1：傳感器激勵電流源1；

AGND：模擬地。為模擬電路的參考點；

V+：模擬正電源電壓輸入引腳，選擇范圍為+2.7V～+3.6V；

AIN1～AIN6：分別為模擬輸入通道1～6腳；

CALGAIN-：增益校正負輸入引腳；

CALGAIN+：增益校正正輸入引腳；

REFIN-：差動參考負輸入引腳；

REFIN+：差動參考正輸入引腳；

CALOFF-：失調校正負輸入引腳；

CALOFF+：失調校正正輸入引腳；

DGND：數字地引腳。為數字電路參考點；

VDD：數字電源電壓輸入引腳。范圍在+2.7V～+3.6V之間；

INT：中斷輸出引腳；

DOUT：串行數據輸出引腳；

DIN：串行數據輸入引腳；

SCLK：串行時鐘輸入引腳；

3 內部結構

MAX1403的內部功能結構圖如圖2所示。從圖中可以看出，該芯片由一個開關結構、一個調制器、一個PGA（可編程增益放大器）、兩個緩沖器、一個DAC、一個數字濾波器、一個振蕩器、兩個匹配的傳感器激勵電流源和一個雙向串行通訊接口組成。

4 主要參數

為了能充分發(fā)揮MAX1403的性能和正確使用它，必須對推薦參數和極限參數有一個定量的了解，現將主要參數說明如下：

4.1 工作參數

MAX1403的推薦工作參數如下：

●模擬電源電壓（V+）：2.7V～3.6V；

●數字電源電壓（VDD）：2.7V～3.6V；

●參考電壓：1.25V；

●時鐘頻率：2.4576MHz；

●無漏碼精度：16位；

●模擬輸入電壓：（VAGND-30mV）～（V++30mV）；

●數字輸入電壓：0.4V～2V；

●數字輸出電壓：0.4V～（VDD-0.3V）；

●工作溫度：

MAX1403CA1：0～+70℃；

MAX1403EA1：-40～+85℃；

●功耗：2～22mW；

4.2 極限參數

下面是MAX1403 ADC芯片的極限參數。

●模擬電源電壓（V+）：-0.3V～+6V；

●數字電源電壓（VDD）：-0.3V～+6V；

●模擬地與數字地間的電壓：-0.3V～+0.3V；

●模擬輸入電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

●模擬輸出電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

●參考電壓：-0.3V～（V++0.3V）；

●所有數字輸出電壓：-0.3V～（VDD+0.3V）；

●所有其它數字輸入電壓：-0.3V～+6V；

●時鐘輸入和時鐘輸出電壓：-0.3V～（VDD+0.3V）；

●功耗：50mW。

5 應用電路

由于MAX1403具有多種功能，所以在各種寬動態(tài)范圍（電子稱和壓力傳感器）和串行接口的單片機系統(tǒng)中頗受歡迎，下面給出幾個主要的應用電路。

5.1 RTD應用電路

由MAX1403和少量外圍元件組成的3線RTD實用線路如圖3所示。圖中的兩個電流源（200μA）是經過嚴格匹配的，其目的是為了補償3線RTD線路中的誤差。在3線RTD電路中，如果只作用一個電流源，那么引線電阻將會對系統(tǒng)產生誤差，此時200μA電流通過RL1將產生一個誤差電壓并加到PGA的兩上輸入端（AIN1和AIN2）。如果再使用另一個大小和前一個電流源大小相等的電流源。那么該電流源在RL2也將產生一個誤差電壓，其大小和RL1的誤差電壓大小相同，方向相反，從而可保證AIN1和AIN2輸入端的誤差電壓為零，即不受引線電阻的影響。圖3中的參考電壓是由一個電流源（200μA）在12.5kΩ電阻的壓降提供的，這樣設置能保證ADC獲得更精確的比率結果。

4線RTD應用電路如圖4所示。該圖與3線RTD線路唯一的區(qū)別是測量輸入端AIN1和AIN2沒有引線電阻產生的誤差電壓。電流源OUT1能夠給RTD提供一個激勵電流，而電流源OUT2提供的電流，在電阻RREF可產生一個參考電壓供調制器使用。在4線RTD應用電路中，模擬輸入電壓里的RTD溫度誤差是由于RTD電流源溫漂產生的，它可以利用改變參考電壓的方式進行補償，從而使輸入端AIN1和AIN2的誤差電壓達到零。

5.2 與單片機的接口電路

由MAX1403和單片機68HC11組成的接口實際線路如圖5所示。從圖5中可以看出，該接口電路非常簡單，是花綱單片機I/O口較少的一種。當單片機具有一個硬件SPI（串行外設接口）時，就能使用三線接口，并與MAX1403直接相連。SPI硬件在SCLK上產生8個脈沖就能在一個引腳上移入數據，而在另一個引腳上移出數據。

為了獲得最佳效果，可使用一個硬件中斷來監(jiān)視INT引腳和采集新數據（硬件中斷有效時）。如果硬件中斷無效或中斷執(zhí)行時間比選擇轉換速率時間長，可使用SYNC位來防止測量時從數據輸出寄存器中讀出數據。

MAX1403的另一種接口電路如圖6所示。從圖中看出，該接口電路所耗費的單片機I/O口更少，線路更簡潔。全體單片機的I/O引腳均可與MAX1403接口。如果一個雙向中開漏I/O引腳有效，即可把DOUT和DIN相連，從而進一步降低接口引腳數。要使用MAX1403三線接口，圖中CS引腳必須接地。

5.3 4～20mA變送器

由MAX1403和μC/μP及DAC等電路組成的4～20mA變送器如圖7所示。這是一種低電壓、單電源供電、易與光耦合器接口的變送器，其性能非常良好。變送器從4～20mA環(huán)路中得到功率（能量），從而使變送器電路的電流被限制在4mA。如果把環(huán)路電流的容限進一步限制在3.5mA，那么變送器仍然可將環(huán)路電流保持在3.25mA，因為MAX1403本身消耗電流為250μA（0.25mA）。

6 印刷電路板和元件裝接中的問題

為了使ADC獲得最佳的性能，必須使用模擬地和數字地分開的印刷電路板。在印刷電路板的設計中，特別要注意地線的布置。通常把模擬地和數字地獨立設置在各自電路中，然后把模擬地和連到一點（星號標志）。如果系統(tǒng)中只有一片MAX1403，那么可把該片的AGND和DGND引腳一起連到地平面；如果系統(tǒng)中有多片MAX1403，那么可把多塊芯片的AGND和DGND引腳相連，爾后連到一個公共點，而這個公共點應盡量靠近MAX1403的星形地。

數字地嚴禁設計在芯片下面，因為這樣會把噪聲耦合給芯片，從而影響ADC正常工作。但是應當使模擬地在芯片下面運行，因為這樣能減少數字噪聲的耦合。MAX1403的電源引腳輸入線應盡可能寬，以提供一個低阻抗通道，從而降低電源線上脈沖的影響。

由于MAX1403是高分辨率的ADC，因而電源的耦合電路尤為重要。因此在印制電路板設計時，應對所有的模擬電源輸入都加一級去耦電路，即用10μF鋰電容和0.1μF陶瓷電容并聯到地。而這些卻耦電路的元件應盡可能靠近芯片的電源引腳，這樣才能獲得更好的去耦效果和消除因引線過線而帶來的干擾。