摘要：MAX1400是美國MAXIM公司推出的一種基于∑-△A/D轉換技術的高精度單征數據采集系統芯片。文中介紹了它的工作原理、內部結構及編程要點，并給出了MAX1400應用在壓力變送器中的一種典型應用電路。

    關鍵詞：數據采集系統  A/D轉換  ∑-△A/DC  MAX1400

傳統的數據采集系統大多采用Nyquist率ADC（積分型、逐次比較型、閃爍型等），當需要較高分辨率時（16bit以上），這些傳統的A/D轉換技術將面監很多困難，因為它們需要復雜的高階模擬抗混迭濾波器、定時以及幅度誤差都極小的采樣-保持電路等，因而實現起來困難較大，成本很高。新型的∑-△A/D轉換技術能夠比較低的成本獲得極高的分辨率（16bit以上），但速度不易做得很高，這一點非常符合不需要很高速率，但要求較高分辨率的數字音響產品，因而首先在音頻領域得到了廣泛應用。大多數數據采集系統對轉換速率的要求低于音頻，但精度要求較高，也很適合采用∑-△結構的ADC。為此，很多模擬器件制造商開發了專用于數據采集領域的∑-△ADC，并將數據采集普遍需要的模擬前端功能集成在一起，如多路復用器、可編程增益放大器（PGA）、增益及零點校正等。這樣，整個數據采集系統只需單片IC即可實現，可以直接處理傳感器輸出的微弱信號，而且在簡化設計的同時提高了系統性能并降低了成本。這類產品中具有代表性的有ADI的AD7714系列，Cirrus Logic的CS5521系 列，Maxim的MAX1400系列等。本文以MAX1400為例簡單介紹這類IC的性能特點及應用要點。

1 內部結構

圖1所示為MAX1400系列及其它同類產品普遍采用的結構。核心部分是一個高分辨率∑-△ADC（MAX1400為18bit），前端包括一個用來切換采樣通道的多路復用器、用于隔離信號源內阻和后級電路輸入阻抗的輸入緩沖器；以及用來將低電平輸入信號放大到適合A/D轉換水平的程控增益放大器（PGA）。

除此之外，MAX1400內部還提供了一個小電流源，在進行系統自檢時可以將其接入輸入通道來檢測傳感器的完整性。三個獨立的DAC用來校正三路輸入信號中的直流成分，以使輸入信號落在ADC的量程以內。

居于核心位置的∑-△ADC由一個二階∑-△調制器和數字抽取濾波器組成，時鐘產生及分頻電路用于為ADC提供操作時鐘。由多路開關選出的輸入信號經緩沖、放大后送入∑-△調制器。∑-△調制器對輸入信號以遠大于Nyquist率的速度進行“過采樣”，并將各樣本轉化為1bit分辨率的高速碼流。同時對量化噪聲頻譜化“成形”處理，從而使大部分中量化噪聲轉移至基帶以外。接下來，由數字抽取濾波器濾除帶外噪聲，再從高速碼流中抽取出低速、高分辨率的碼流。上述各部分電路受控于一個內部控制邏輯。控制邏輯通過串行接口接收用戶控制命令并設置各部分電路的工作狀態及參數，最后將轉換結果通過串口送出。

2 編程要點

MAX1400內部各部分電路的工作狀態由一組內部寄存器控制。這些內部寄存器包括8個可單獨尋址的寄存器。其中，通信寄存器主要控制對內部寄存器的訪問（尋址、讀/寫模式選擇）；兩個全局設置寄存器主要用來選擇模擬輸入通道、設置∑-△調制頻率、數字抽取濾波器抽取因子、數字濾波器頻率響應和其它工作狀態；特殊功能寄存器用于控制整個器件的關瘍；三個傳輸函數寄存器分別用來設置對應于三個模擬輸入通道的PGA增益和DAC偏移量；一個24bit的數據寄存器用于保存轉換結果。一般情況下，每次訪問MAX1400之前都要首先向通信寄存器寫入一個8bit控制碼，以便選定所要訪問的寄存器以及讀/寫操作模式。只有一種情況例外，那就是當MAX1400工作在掃描模式時（全局設置寄存器