探析MAX121芯片在高速串行接口电路中的应用-电子发烧友网

1 MAX121芯片的性能与特点

MAX121芯片是一个带串行接口的14位模数转换集成电路（ADC），它包含有跟踪/保持电路的一个底飘溢、底噪声、掩埋式齐纳电压基准电源。它的转换速度快、功率消耗底、采样速率高达308 ks/s点，满量程输入电压范围为±5V，功耗为210 mW。可与大多数流行的数字信号处理器的串行接口直接接口，该输入可以接收TTL或CMOS的信号电平，时钟频率为0.1-5.5MHz。

MAX121芯片的功能方框图如图1所示。它有16脚和20脚模式，16脚有DIP和SO封装，20脚有 SSOP封装。特点如下：

14位分辨率；2.9 μS转换时间/308 ks/s吞吐率；400 ns采样时间；底噪声和低失真：78Db SINAD -85Db THD；±5V双极性输入范围，可时承受±15V的过电压；210 mW功耗；可用连续转换模式；30 ppm/C，-5V内部基准源；与DSP处理器接口；16脚DIP和SO封装，20脚SSOP封装。

极限参数：VDD对DGND 0.3-+6V；VSS对DGND +0.3--7V；AIN对AGND±15V；AGND对DGND ±0.3V数字输入对DGND（CS，CONVST，MODE，CLKIN，INVCLK，INVFRM）；-0.3（Vdd+0.3V）；数字输出对DGND（SFRM，FSTRT，SCLK，SDATA ）+0.3（Vdd+0.3V）；连续功率消耗（TA=+70 ℃）

强度超出上述极限参数可能导致器件的永久性损坏。这些仅仅是极限参数，并不意味着在极限参数条件下，或在任何其他超出技术规范规定的工作条件下，器件能有效地工作。延长在极限参数条件下的运行时间，会影响器件的可靠性。

2 工作电路

MAX121运用逐次比较技术和跟踪/保持（T/H）电路，将模拟信号转换为14位串行数据输出码。其控制逻辑接口很容易与大多数微处理器（霵）和数字信号处理器（DSP）相连接，在大多数应用中只需要很少几个无源元件。T/H电路不需要外接电容。

2.1 模拟输入跟踪与保持

根据等效输入电路分析，给出ADC的模拟比较器的采样结构。内部缓冲器给保持电容充电，以减小转换期间所要求的采集时间。模拟输入端呈现6k输入电阻及与其并联的10pF电容。

在两次转换之间，缓冲器输入通过输入电阻连接到AIN端。当转换开始时，缓冲器与AIN端断开，对输入信号采样。在转换结束时，缓冲器输入端又连接到AIN端，而且保持电容跟踪输入电压。无论何时，只要转换没有进行，T/H就处于跟踪模式。在转换开始以后，保持模式启动时间接近10 ns（窗口延迟）。从一次转换到下一次转换延迟变化的典型时间为30 ps（窗口抖动）。

2.2 电路时钟频率

MAX121工作时需要一个与TTL，CMOS电平兼容的时钟，时钟频率的范围从0.1-5.5 MHz。为满足2个时钟周期400 ns采集时间的要求，最大时钟频率限制在5MHz。由于内部T/H 电压下降速率的限制，所有模式的时钟频率不应低于0.1MHz。

2.3 输出数据格式

转换结果以16位串行数据流输出，前14位为数据位（首先为MSB），后2位为零。输出数据为二进制补码形式。在CLKIN的上升沿，数据在SDATA端同步输出。

输出数据可用FSTRT或者SFRM输出来分帧。FSTRT（平常为低）低于MSB1个时钟周期变为高。FSTRT的下降沿SDATA端输出MSB。

SFRM输出（当INVFRM=Vdd时通常为高）变为低的同时，MSB出现在SDATA端。16个时钟周期以后 SFRM变为高电平。通过输入接到数字地，可反转SFRM的极性。要求每次转换最少为18个时钟周期，以获得有效SFRM输出。

如果有几个器件共用串行总线，可以参看图2的数据存取和数据保持时序。

3 TMS320高速串行接口

3.1 上电后的初始化

如果满足下列条件，上电后MAX121的首次转换将是有效的。提供16个时钟脉冲使T/H进入跟踪模式，再加上跟踪模式中数据采集的最小时间400 ns。确保基准源已经稳定。每1μF基准源旁路电容的稳定时间是0.5 ms（对22μF电容为11ms）。

3.2 串行时钟最大速率

 与数字信号处理器接口时，MAX121的串行时钟最大速率取决于处理器的串行数据输入所要求的最小建立时间和ADC的时钟与数据的最大延迟时间。MAX121有两种方法将数据读入处理器。 CLKIN是MAX121的输入时钟，而SCLK是使数据移位进入处理器的串行时钟，支持异步数据传输的场合。tSU是处理器串行数据输入端所要求的数据建立最小时间；tCD是MAX121的CL KIN到SCLK最大延时时间；tSC是MAX121的SCLK到SDATA的最大延时时间。MAX121 的SCLK输出驱动处理器的串行接口，此时可从以上议程中去掉tCD项，并允许使用更快的时钟频率。在这种情况下，串行时钟最大速度由下式计算：

fCLKIN=1/2（tSU+tSC）

3.3 高速数据串行接口

MAX121的灵活性使它可以与德州仪器公司TMS320的各种串行接口连接。高速接口可使MAX121/TM320系统获得最大的数据吞吐率，此时MAX121工作在它的最快时钟。图3示出了完成这种接口所需的连线。图4为接口的时序图。

MAX121的CLKIN由外部时钟振荡器驱动。TMS320的XF0 I/O口驱动MAX121输入端为低，启动一次转换。TMS320的CLKR（接收时钟）端配置为输入，并由 MAX121的SCLK输出端驱动。MAX 121的SDATA输出端数据在时钟的上升沿改变状态，而在时钟下降沿，数据被锁存到TMS320的 DR输入端。这样可提供1/2个时钟周期，以满足TMS320DR输入端所需要的数据建立和保持时间。 MAX121SCLK和SDATA之间的最大时滞在+25时为65ns，所以1/2个时钟周期足以满足要求的建立和保持时间。

MAX121的FSTRT输出驱动TMS320的FSR输入，以对数据分帧。FSTRT输出的下降沿指示MSB已准备好，可被锁存。在下一个时钟下降沿，MSB被锁存在TMS320。使用这种接口，TMS320可接收16位字（在TMS320串行口整体控制寄存器中，RLEN=01），于是14位数据被时钟同步移入DSP，同时跟随两位尾随的0。

4 结论

近几年来，随着便携式、手提式电子产品的日益增多，MAXIM系列产品的应用也越来越广泛，这里详细介绍了MAX121芯片在数字信号处理高速串行接口电路方面的应用。同时MAX121集成电路也在语言识别和合成、DSP伺服合成、频谱分析等领域都有广泛的应用。

编辑：jq

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