MAX161/MX7581：CMOS 8 位 8 通道数据采集系统的深度解析

在电子工程师的日常工作中，数据采集系统是一个关键的组成部分。今天，我们来详细探讨 MAX161 和 MX7581 这两款 CMOS 单芯片 8 位、8 通道数据采集系统（DAS）。

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一、产品概述

MAX161 和 MX7581 是高度集成的芯片，每个芯片都包含一个 8 位 A/D 转换器、8 通道多路复用器、带有竞争逻辑的 8x8 双端口 RAM 以及与微处理器兼容的 I/O 逻辑。当与电压基准结合使用时，它们能构成一个完整的数据采集系统，可与大多数微处理器进行接口。其中，MAX161 是 MX7581 的增强型，引脚兼容，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，并且有军温级产品可供选择。

二、产品特性

2.1 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，满足高速应用的需求。

2.2 全温无漏码

在不同的温度环境下，都能保证数据的准确性，不会出现漏码的情况。

2.3 片上 8x8 双端口 RAM

方便数据的存储和读取，可在微处理器的控制下随时读取任何通道的数据。

2.4 直接接口能力

能够直接与 Z80/8085/6800 等微处理器进行接口，简化了系统设计。

2.5 比例测量能力

具备比例测量功能，可提高测量的精度。

2.6 交错 DMA 操作

通过内部逻辑实现自动交错 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。

三、应用领域

• 数字信号处理：在信号处理过程中，快速准确地采集数据，为后续的信号分析和处理提供支持。
• 数据记录器：用于记录各种数据，如工业生产中的过程数据、环境监测数据等。
• 自动测试设备：实现对各种设备的自动测试，提高测试效率和准确性。
• 机器人：为机器人提供环境感知和数据采集功能，使机器人能够更好地适应环境。
• 过程控制：在工业生产过程中，实时采集数据，实现对生产过程的精确控制。

四、电气特性

4.1 精度

分辨率为 8 位，相对精度可达 ±1% LSB，不同型号的芯片在差分非线性、偏移误差和增益误差等方面有所差异，但都可调整到零。

4.2 模拟输入

输入电阻在 10 - 30kΩ 之间，参考电压范围为 -5V 至 -15V，标称模拟输入范围在不同模式下有所不同，如单极性模式（0 至 +10V 或 0 至 -10V）和双极性模式（-5V 至 +5V）。

4.3 数字输入输出

数字输入的逻辑高阈值为 +2.4V，逻辑低阈值为 +0.8V，输入电容为 4 - 5pF；数字输出的高电压为 4.5 - 4.8V，低电压为 0.2 - 0.6V。

4.4 电源要求

电源电压为 +4.5 - +5.5V，静态电流为 3 - 5mA，MAX161 在动态（时钟频率为 4.0MHz）时的电流为 5mA，MX7581 在动态（时钟频率为 1.2MHz）时的电流为 8mA。

五、时序特性

5.1 MAX161

ALE 脉冲宽度为 50 - 35ns，地址有效到锁存建立时间为 45 - 30ns，地址有效到锁存保持时间为 10 - 0ns，地址锁存到 CS 建立时间为 10ns，CS 到输出传播延迟为 0 - 200ns，CS 脉冲宽度为 250 - 175ns，CS 到输出浮空传播延迟为 30 - 50ns，CS 到低阻抗总线时间为 70 - 100ns，时钟频率为 4.0MHz。

5.2 MX7581

ALE 脉冲宽度为 80 - 50ns，地址有效到锁存建立时间为 70 - 45ns，地址有效到锁存保持时间为 20 - 10ns，地址锁存到 CS 建立时间为 20 - 10ns，CS 到输出传播延迟为 200 - 250ns，CS 脉冲宽度为 280 - 250ns，CS 到输出浮空传播延迟为 50 - 80ns，CS 到低阻抗总线时间为 100 - 150ns，时钟频率为 1.6 - 12MHz。

六、详细操作说明

6.1 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，并将数据存储在 RAM 中。转换过程可由微处理器时钟或控制信号驱动，用户可直接从 RAM 中读取输出数据。

6.2 A/D 转换

内部转换过程分为 10 个阶段，每个阶段为 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；在第 2 至 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，全通道扫描需要 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。

6.3 数字接口

6.3.1 通道选择

通过 A0 - A2 地址线选择 RAM 位置，在复用地址/数据总线的系统中，地址由 ALE 锁存；当地址和数据总线分开时，可将 ALE 置高使地址锁存透明。

6.3.2 时序和控制

当 CS 为高电平时，三态数据驱动器处于高阻抗状态；当 CS 为低电平时，驱动器切换到活动状态，输出数据在 tAcc 时间后有效。

6.3.3 数据读取操作

芯片会持续扫描和转换模拟输入信号，片上 RAM 和竞争逻辑允许数据与转换过程异步读取。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 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。

6.3.4 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。可通过 STAT 信号在通道 0 转换时保持低电平 72 个时钟周期来识别当前转换的通道，也可使用微处理器定期查询 STAT 输出。

七、操作电路

7.1 单极性二进制操作

适用于 0 至 +10V 输入，通过调整偏移和满量程来校准。偏移调整使用双极性偏移引脚 Bos，满量程调整时，将 +9.941V 施加到所有输入，选择通道并调整微调电阻 RN 使 DB7 - DB1 为高电平，DB0（LSB）闪烁。

7.2 单极性（补码二进制）操作

适用于 0 至 -10V 输入，校准方法与单极性二进制操作类似，但输入电压和调整参数不同。

7.3 双极性（偏移二进制）操作

适用于 ±5V 输入，校准过程包括偏移调整和满量程调整，偏移调整时将 AINO 设为 -4.980V，调整 R11 使 DB1 - DB7 为低电平，DB0（LSB）闪烁；满量程调整时将 +4.941V 施加到所有通道，调整微调电阻 RN 使 DB1 - DB7 为高电平，DB0（LSB）闪烁。

八、应用提示

8.1 模拟和数字接地

AGND 和 DGND 应在设备处连接在一起，以防止噪声注入 A/D 转换器。在非本地连接的系统中，可在 AGND 和 DGND 引脚之间连接钳位二极管。VDD 应使用 10μF 电解电容和 0.1μF 陶瓷电容旁路到 AGND，并尽量缩短引线长度。

8.2 逻辑去毛刺

地址总线上的未指定状态可能会导致 CS 引脚出现毛刺，引发不必要的读取操作。可通过适当的电路设计来消除这些毛刺。

九、订购信息

MAX161 和 MX7581 有多种温度范围和封装可供选择，包括塑料 DIP、小外形封装（SO）、陶瓷封装等，不同型号的误差也有所不同。

总之，MAX161 和 MX7581 是功能强大的数据采集系统芯片，在多个领域都有广泛的应用前景。电子工程师在设计时，可根据具体需求选择合适的型号和封装，并注意操作电路的校准和应用提示，以确保系统的稳定性和准确性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。