∑-ΔADC的原理和应用

　　1 概述

MAX1403是一种18位、过采样的ADC芯片，利用∑-Δ调制器和数字滤流器实现16位转换。为了得到高输出的数据速度，可选择数字滤波因子，并可降低转换分辨率。

MAX1403能够提供具有独立编程（增益从1V/V～+128V/V）的三路真差动输入通道，并能补偿输入参数电压的直流失调。该芯片还具有两个附加的差动校正通道，它能对增益和失调误差进行校正。

MAX1403能够对所有输入信号进行处理，并通过串行数字接口向外提供转换结果。片内数字滤波器能够对线路频率和有关谐波频率进行处理，并使这些频率的幅值为零.

MAX1403的主要特点如下：

●分辨率为18位；

●具有8个寄存器；

●功耗低

●具有两个匹配的传感器激励电流源；

●3个真差动输入或5个伪差动输入通道；

●2个附加输入校正通道；

●带有一个双向串行通讯接口；

●模拟电源和数字电源采用独立供电方式；

●可用软件控制增益和失调。

　　2 引脚功能

MAX1403芯片采用28引脚SSOP封装，它的引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

CLKIN：时钟输入引脚；

CLKOUT：时钟输出引脚。

CS：片选输入引脚。

RESET：复位输入引脚。

DS1：辅助数字输入位1的数字输入引脚；

DS0：辅助数据输入位0的数字输入引脚；

OUT2：传感器激励电流源2；

OUT1：传感器激励电流源1；

AGND：模拟地。为模拟电路的参考点；

V+：模拟正电源电压输入引脚；

AIN1～AIN6：分别为模拟输入通道1～6脚；

CALGAIN-：增益校正负输入引脚；

CALGAIN+：增益校正正输入引脚；

REFIN-：差动参考负输入引脚；

REFIN+：差动参考正输入引脚；

CALOFF-：失调校正负输入引脚；

CALOFF+：失调校正正输入引脚；

DGND：数字地引脚；

VDD：数字电源电压输入引脚。；

INT：中断输出引脚；

DOUT：串行数据输出引脚；

DIN：串行数据输入引脚；

SCLK：串行时钟输入引脚；

　　3 内部结构

MAX1403的内部功能结构图如图2所示。

　　4 主要参数

　　主要参数说明如下：

　　4.1 工作参数

MAX1403的推荐工作参数如下：

●模拟电源电压（V+）：2.7V～3.6V；

●数字电源电压（VDD）：2.7V～3.6V；

●参考电压：1.25V；

●时钟频率：2.4576MHz；

●无漏码：16位；

●模拟输入电压：（VAGND-30mV）～（V++30mV）；

●数字输入电压：0.4V～2V；

●数字输出电压：0.4V～（VDD-0.3V）；

●工作温度：

MAX1403CA1：0～+70℃；

MAX1403EA1：-40～+85℃；

●功耗：2～22mW；

　　4.2 极限参数

下面是MAX1403 ADC芯片的极限参数。

●模拟电源电压（V+）：-0.3V～+6V；

●数字电源电压（VDD）：-0.3V～+6V；

●模拟地与数字地间的电压：-0.3V～+0.3V；

●模拟输入电压：-0.3V～（V++0.3V）；

●模拟输出电压：-0.3V～（V++0.3V）；

●参考电压：-0.3V～（V++0.3V）；

●所有数字输出电压：-0.3V～（VDD+0.3V）；

●所有其它数字输入电压：-0.3V～+6V；

●时钟输入和时钟输出电压：-0.3V～（VDD+0.3V）；

●功耗：50mW。

　　5 应用电路

下面给出几个主要的应用电路。

　　5.1 RTD应用电路

由MAX1403和少量外围元件组成的3线RTD实用线路如图3所示。在3线RTD电路中，如果只作用一个电流源，那么引线电阻将会对系统产生误差，此时200μA电流通过RL1将产生一个误差电压并加到PGA的两上输入端（AIN1和AIN2）。如果再使用另一个大小和前一个电流源大小相等的电流源。那么该电流源在RL2也将产生一个误差电压，其大小和RL1的误差电压大小相同，方向相反，从而可保证AIN1和AIN2输入端的误差电压为零。

4线RTD应用电路如图4所示。该图与3线RTD线路的区别是测量输入端AIN1和AIN2没有引线电阻产生的误差电压。电流源OUT1能够给RTD提供一个激励电流，而电流源OUT2提供的电流，在电阻RREF可产生一个参考电压供调制器使用。在4线RTD应用电路中，模拟输入电压里的RTD温度误差是由于RTD电流源温漂产生的，它可以利用改变参考电压的方式进行补偿，从而使输入端AIN1和AIN2的误差电压达到零。

　　5.2 与单片机的接口电路

由MAX1403和单片机68HC11组成的接口实际线路如图5所示。

为了获得效果，可使用一个硬件中断来监视INT引脚和采集新数据（硬件中断有效时）。如果硬件中断无效或中断执行时间比选择转换速率时间长，可使用SYNC位来防止测量时从数据输出寄存器中读出数据。

MAX1403的另一种接口电路如图6所示。

5.3 4～20mA变送器

由MAX1403和μC/μP及DAC等电路组成的4～20mA变送器如图7所示。

6 印刷电路板和元件装接中的问题

为了使ADC获得的性能，必须使用模拟地和数字地分开的印刷电路板。在印刷电路板的设计中，特别要注意地线的布置。通常把模拟地和数字地独立设置在各自电路中，然后把模拟地和连到一点（星号标志）。
    数字地严禁设计在芯片下面，因为这样会把噪声耦合给芯片，从而影响ADC正常工作。MAX1403的电源引脚输入线应尽可能宽，以提供一个低阻抗通道，从而降低电源线上脉冲的影响。

由于MAX1403是高分辨率的ADC，因而电源的耦合电路尤为重要。因此在印制电路板设计时，应对所有的模拟电源输入都加去耦电路，即用10μF锂电容和0.1μF陶瓷电容并联到地。而这些却耦电路的元件应尽可能靠近芯片的电源引脚，这样才能获得更好的去耦效果和消除因引线过线而带来的干扰。