MAXQ7667：16位RISC微控制器超声波测距系统评测

在电子设计领域，超声波测距系统凭借其独特的优势，在众多应用场景中得到了广泛应用。今天要给大家介绍的MAXQ7667，是Maxim推出的一款基于16位RISC微控制器的超声波测距系统，下面就来详细了解一下它的特点和性能。

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一、概述

MAXQ7667是一款智能片上系统（SoC），为飞行时间超声波测距提供了解决方案。它针对大距离测量、弱输入信号或多目标识别的应用进行了优化。通过将灵活的电子设备与智能算法相结合，它能在环境和目标条件变化时优化各项功能，实现高信噪比。

二、应用场景

2.1 汽车领域

在汽车停车辅助系统中，MAXQ7667能够精确测量车辆与障碍物之间的距离，帮助驾驶员更安全地停车。同时，在车辆安全系统中，它可以实时监测车辆周围的环境，为车辆的安全行驶提供保障。

2.2 工业领域

在工业加工和自动化生产中，MAXQ7667可用于物料的液位检测、物体的位置检测等，提高生产的自动化程度和精度。

2.3 手持设备

在一些手持设备中，如测距仪等，MAXQ7667可以实现精确的距离测量，为用户提供便利。

三、功能特性

3.1 智能模拟外设

• 专用超声波脉冲发生器：能够产生25kHz - 100kHz的超声波信号，为测距提供稳定的信号源。
• 回波接收路径：包括可编程增益低噪声放大器（LNA）、16位Sigma-Delta ADC和数字信号处理（DSP）。LNA可以有效放大微弱的回波信号，ADC将模拟信号转换为数字信号，DSP则通过带通滤波器限制噪声，并通过解调和平滑滤波创建回波包络。输入参考噪声低至0.7µVRMS，能够有效提高系统的信噪比。

3.2 定时器/数字I/O外设

• 拥有三个16位（或六个8位）可编程定时器/计数器、16位调度定时器和可编程看门狗定时器，为系统的定时和控制提供了丰富的选择。
• 16个通用数字I/O具有多功能能力，可满足不同的应用需求。

3.3 高性能低功耗16位RISC核心

• 工作频率为1MHz - 16MHz，接近每1MHz 1MIPS的性能。在DVDD = +2.5V时，功耗小于2.5mA/MIPS，具有出色的低功耗性能。
• 16位指令字和16位数据总线，33条指令大多只需一个时钟周期，内部有16级硬件堆栈和三个独立的数据指针，可自动递增/递减，提高了系统的运行效率。

3.4 程序和数据存储

• 内部有32KB的程序闪存、4KB的数据RAM和8KB的实用ROM，为程序的存储和运行提供了充足的空间。

3.5 时钟模块

• 支持1MHz - 16MHz的外部晶体振荡器、13.5MHz的内部RC振荡器和外部时钟源操作，时钟源的选择较为灵活。

3.6 电源管理模块

• 可在+5V、+3.3V和+2.5V三种不同电源电压下工作。当没有三个外部电源时，两个内部线性稳压器允许从单一+5V电源供电。此外，还可以控制外部通晶体管，允许从+8V - +65V或更高的单一电源电压工作。

四、电气特性

4.1 回波输入特性

• 输入参考噪声：在不同的VGA增益调整下，输入参考噪声有所不同。例如，当VGA增益调整为1.55µVP - P/LSB时，输入参考噪声为0.7µVRMS；当VGA增益调整为0.1µVP - P/LSB时，输入参考噪声为5.6µVRMS。较低的输入参考噪声有助于提高系统对微弱信号的检测能力。
• 最小可检测信号：同样受VGA增益调整的影响，VGA增益调整为1.55µVP - P/LSB时，最小可检测信号为80µVp - p；VGA增益调整为0.1µVp - p/LSB时，最小可检测信号为10µVp - p。这表明通过调整增益，可以检测到不同强度的回波信号。
• 可编程增益：从回波输入到带通滤波器的可编程增益可在不同VGA增益调整下进行设置，如VGA增益调整为1.55µVp - p/LSB时，增益为1.55µVp - p/LSB；VGA增益调整为0.1µVp - p/LSB时，增益为0.1µVp - p/LSB。可编程增益的设置可以根据实际应用场景调整系统的灵敏度。

4.2 滤波器特性

• 带通滤波器：中心频率范围为25kHz - 100kHz，通带宽度为 - 3dB时为0.14 x fBPF，最小阻带抑制在偏离中心频率一个十倍频程时为 - 60dB。带通滤波器可以有效滤除噪声，提高信号的质量。
• 低通滤波器：截止频率为 - 3dB时为0.1 x fBPF，滚降为40dB/Decade。低通滤波器可以进一步平滑信号，减少高频噪声的影响。

4.3 SAR ADC特性

• 分辨率：测量分辨率为12位，无漏码分辨率为11位。
• 积分非线性：在125ksps测试时，积分非线性为±1 - ±2 LSB。
• 差分非线性：在125ksps测试时，差分非线性为 - 2 - +2 LSB。
• 偏移误差：偏移误差为±1 - ±3 mV，偏移误差漂移为±5µV/°C。
• 增益误差：增益误差为±1%，增益误差温度系数为±0.4 ppmFS/°C。

4.4 其他特性

• 参考缓冲器：偏移为5mV，最小负载为2.5kΩ，输出旁路电容为0.47µF。
• 外部电压参考：参考输入范围为1.0V - VAVDD，参考输入阻抗为50kΩ。
• 内部电压参考：初始精度为2.45 - 2.55V，最大温度系数为100 ppm/°C，输出阻抗为1.1kΩ，电源抑制比为60dB，输出噪声为0.5mV RMS。

五、引脚说明

MAXQ7667采用48引脚LQFP封装，各引脚功能如下：

5.1 电源引脚

• DVDD：数字电源电压，需直接连接到+2.5V外部电源或REG2P5输出，使用0.1µF电容旁路到DGND。
• DGND：数字地，所有DGND节点需连接在一起，并在一点与AGND连接。
• DVDDIO：数字I/O电源电压，为除XIN和XOUT外的所有数字I/O供电，使用0.1µF电容旁路到DGND。
• AVDD：模拟电源电压，直接连接到+3.3V电源或REG3P3，使用0.1µF电容旁路到AGND。
• AGND：模拟地，所有AGND节点需连接在一起，并在一点与DGND连接。

5.2 通信引脚

• P1.4/MOSI：SPI串行数据输出，同时也是通用数字I/O。
• P1.5/MISO：SPI串行数据输入，同时也是通用数字I/O。
• P1.6/SCLK：SPI串行时钟输出，作为从设备时为输入，作为主设备时为输出，同时也是通用数字I/O。
• P0.0/URX：UART接收数据输入，同时也是通用数字I/O。
• P0.1/UTX：UART发送数据输出，同时也是通用数字I/O。

5.3 其他引脚

• XIN：晶体振荡器输入，可连接外部晶体或谐振器，也可使用外部时钟源驱动。
• XOUT：晶体振荡器输出，当使用外部时钟源时可悬空。
• REG2P5：+2.5V电压调节器输出。
• REG3P3：+3.3V电压调节器输出。
• GATE5：+5V DVDDIO电压调节器控制输出，用于控制外部晶体管。
• RESET：复位输入/输出，具有内部上拉电阻。
• FILT：PLL VCO控制输入，需连接外部滤波组件。
• ECHON：负回波输入，需交流耦合到超声波换能器。
• ECHOP：正回波输入，需交流耦合到超声波换能器。
• REF：ADC参考输入/参考缓冲器输出，可使用内部或外部参考电压。
• REFBG：+2.5V参考输出/参考缓冲器输入，需使用0.47µF电容旁路到AGND。
• AIN0 - AIN4：SAR ADC输入。
• BURST：超声波换能器激励脉冲输出，上电时处于三态模式。

在使用这些引脚时，需要注意引脚的电气特性和连接要求，以确保系统的正常运行。例如，电源引脚的旁路电容应尽量靠近芯片，以减少电源噪声的影响；通信引脚的信号传输应注意电平匹配和抗干扰等问题。

六、总结

MAXQ7667作为一款高性能的超声波测距系统，具有智能模拟外设、高性能低功耗核心、丰富的定时器和I/O接口等优点。它在汽车、工业和手持设备等领域都有广泛的应用前景。在实际设计中，电子工程师需要根据具体的应用需求，合理选择引脚和配置参数，以充分发挥MAXQ7667的性能。同时，还需要注意电气特性和引脚连接的细节，确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用MAXQ7667进行设计时，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。