MAX11040K 24位同时采样Σ-Δ ADC综述
摘要
本应用笔记重点介绍了同时采样Σ-Δ ADC MAX11040K的关键特性,讨论了四通道同时采样、独立设置各通道相位延时、8片转换器级联以及/FAULT和/OVERFLOW。本文给出了利用评估(EV)板得到的测试数据。
四通道同时采样
MAX11040K集成了四个24位Σ-Δ ADC,能够实现四个通道的同时采样。多路复用Σ-Δ ADC不能保持相位完整性,MAX11040K则不同,它不仅记录相位信息而且允许用户对每个独立通道的相位进行设置。
图1显示了同一模拟信号(零相位延时)作用到四个ADC输入端时所产生的采样数据。
图1. 同一正弦波作用到MAX11040K的四个输入端,同时采样输出如右侧所示
独立设置每个通道的相位延时
用户可以分别设置每路ADC的相位延时,最大延时为333µs,步进值为1.33µs。通过设置ADC通道的相位延时,用户可以消除信号路径上由滤波器、延时线等引起的固有延迟,延时的步进调节低于数据速率。
图2显示了零相位延时的采样输出和改变相位延时后的采样输出。两种情况下,所有四个输入端作用同一信号源。
图2. 同一正弦波作用到MAX11040K的四个输入端。图2A所示为零相位延时情况下四个通道的同时采样输出;图2B所示为更改相位延时后,四个通道的同时采样输出
8片器件的级联
如果四个采样通道不能满足某些应用的需求,则可级联多片MAX11040K,最多可级联8片转换器实现32个通道的同时采样。这一功能对于EEG (监测脑电波)等需要对多个通道进行同时采样的应用十分理想。
图3给出了器件配置。
- 第一颗芯片的/CASCOUT信号送入第二颗芯片的/CASCIN;第二颗芯片到第三颗芯片以及后续芯片的配置与此类似。最后一颗芯片的/DRDYOUT输出指示所有芯片的数据转换就绪。
- 第一颗芯片的CLKOUT信号送入所有其它芯片的XIN引脚。
- /FAULT和/OVRFLW按照“线或”逻辑连接在一起。

图3. MAX11040K级联配置,最多可级联8片
故障和溢出指示信号
一旦输入超出VREF的±0.88%或大于6V,MAX11040K将产生低电平有效的溢出和故障报警信号,这一功能对于需要饱和报警或过压(OV)保护的应用十分重要。
图4说明了快速变化输入的情形;图5说明了慢速变化输入的情形。对于高速信号,低电平有效的溢出和故障报警输出几乎同时发生跳变。值得注意的是:从信号跨越门限到低电平有效的溢出和故障报警信号置低,存在一个响应时间。同样,在信号返回高电平之前存在一个恢复时间。
图4. 高频模拟输入的OV检测和在快变化输入情况下的恢复时间
图5. 高频模拟输入的OV检测和慢变化输入时的恢复时间
测试数据举例
以下数据是对MAX11040K评估板进行测试得到的。
同时采样、可编程相位延时和器件级联配置
图6给出了两片ADC的应用电路图,电路配置能够设置不同的相位延时。8个输入端(每片4个输入端)作用相同的120Hz、4VP-P交流信号。每个输入通道的相位延时用以下代码设置:
CH1 | 0 | 0 | 0µs |
CH2 | 36 | 36 | 46.88µs |
CH3 | 2 × 36 | 72 | 93.75µs |
CH4 | 3 × 36 | 108 | 140.62µs |
CH1 | 4 × 36 | 144 | 187.50µs |
CH2 | 5 × 36 | 180 | 234.38µs |
CH3 | 6 × 36 | 216 | 281.25µs |
CH4 | 7 × 36 | 252 | 328.12µs |

图6. 各种相位延时输入到两片MAX11040K模数转换器
图7和图8给出了图6所示两片MAX11040K的数据采集结果。从结果可以看出,虽然同一信号作用到所有输入端,但由于设置的相位延时不同,所以输出波形的相位也不同。
详细波形(PDF, 279KB)
图7. 图6所示两片ADC的数据采样结果
详细波形(PDF, 269KB)
图8. 图7放大后的波形
故障和溢出检测(辅助应用)
如果设计人员需要使用低电平有效的溢出或故障报警信号作为中断,硬件电路中需要加入一个D触发器或使用内部锁存器。当溢出或故障报警信号触发/SD引脚时,信号将被锁存。中断控制器也可以通过驱动/RD引脚产生复位信号(图9)。
图9. 溢出和故障报警信号锁存
从以上对MAX11040K关键特性的讨论可以看出,该芯片非常适合以下应用:
- 三相 + 零相功率测量和监测
通过电压和电流变压器将电压降至可接受的电平,两片MAX11040K级联后监测三相和零相的电压、电流信号。由于Σ-Δ ADC具有24位精度,MAX11040K有足够的采样率监测24次以上的谐波(工业标准)。ENOB接近18位,采集电气噪声以及较大的瞬变信号有助于判断电网质量。同过调整相位延时能够补偿相移产生的功率因数偏差。另外,也可以很容易地检测到溢出和故障报警状态。 - EEG/EKG信号监测
动态范围较宽时,可以禁止第二级放大电路,以降低元器件数量和成本,提高系统可靠性。由于采用了具有五阶调制器的Σ-Δ架构,MAX11040K能够提供由于SAR及其它架构的噪声指标。该器件可以提供32个通道的同时采样,并可调整个通道的相位,用于监测脑电波的各个部分。
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