参考电路 4195

选择MAXQ2000微控制器和MAX1132 ADC接口的SPI时钟模式



MAX1132说明

MAX1132为200ksps、16位ADC。MAXQ2000可采用不同的时钟模式与MAX1132接口:包括8位、16位或两者组合。为使ADC性能最优,在开发的初始阶段决定采采用何种模式非常重要。显然,每帧包括16个时钟周期的16位ADC应采用16位模式;然而,在ADC采用每帧包括24个时钟周期的特定情况下,必须仔细评估SPI时钟模式。本应用笔记提供了采用8位、16为及两者组合模式的测试结果,根据结果可以看出在MAX1132采用24时钟帧格式时,使用组合模式可获得最佳性能。

硬件说明

该应用电路采用MAX1132评估板和MAXQ2000评估板实现。

图1所示为MAX1132评估板原理图,图2给出了系统的配置图。为连接MAX1132评估板与MAXQ2000评估板,将MAX1132评估板上的SCLK、/CS、DOUT和DIN引脚连接至MAXQ2000评估板,如图2所示。另外,在评估板上的AVDD和AGND端口接入一个+5V电源。评估板的JU1的必须安装在1–2 (ON)位置。在JU2上连接最高+12V的模拟信号,其它跳线开路。为保证系统正常工作,MAXQ2000评估板的SW3必须关闭。

图1. MAX1132评估板原理图
图1. MAX1132评估板原理图

MAX1132说明

MAX1132为200ksps、16位ADCMAXQ2000可采用不同的时钟模式与MAX1132接口:包括8位、16位或两者组合。为使ADC性能最优,在开发的初始阶段决定采采用何种模式非常重要。显然,每帧包括16个时钟周期的16位ADC应采用16位模式;然而,在ADC采用每帧包括24个时钟周期的特定情况下,必须仔细评估SPI时钟模式。本应用笔记提供了采用8位、16为及两者组合模式的测试结果,根据结果可以看出在MAX1132采用24时钟帧格式时,使用组合模式可获得最佳性能。

硬件说明

该应用电路采用MAX1132评估板和MAXQ2000评估板实现。

图1所示为MAX1132评估板原理图,图2给出了系统的配置图。为连接MAX1132评估板与MAXQ2000评估板,将MAX1132评估板上的SCLK、/CS、DOUT和DIN引脚连接至MAXQ2000评估板,如图2所示。另外,在评估板上的AVDD和AGND端口接入一个+5V电源。评估板的JU1的必须安装在1–2 (ON)位置。在JU2上连接最高+12V的模拟信号,其它跳线开路。为保证系统正常工作,MAXQ2000评估板的SW3必须关闭。

图1. MAX1132评估板原理图
图1. MAX1132评估板原理图

图2. 用于评估不同SPI时钟模式的硬件系统框图
图2. 用于评估不同SPI时钟模式的硬件系统框图。

分析

最简单、最灵活的SPI时钟模式是8位模式,因为3个字节非常适合24时钟帧格式,而MAX1132正好需要24个时钟完成数据帧的传输。发送至从机的最高字节用作控制字(0x80)。其中最高位通知从机开始转换,因此非常重要(控制字格式请参考MAX1132数据资料)。两个低字节是从ADC接收到的数据。理想情况下,MAXQ2000的SPI串口时钟工作在4MHz,ADC的最高采样速率应可达到166.67ksps左右。表1所示为分配给每路ADC信号的示波器通道。

表1. 示波器通道分配

Channel Signal
1 CS-bar
2 SCLK
3 DIN
4 DOUT

 

在8位模式下,MAX1132的采样速率约为63.7ksps。该速率低于所要求采样速率,因为串行时钟包括下述延迟:SCLK变高时/CS拉低,一组时钟转变到下一组时钟,/CS变高时SCLK拉低,以及在另一次采用开始之前/CS保持高电平(图3)。

图3. 8位模式下采样示例
图3. 8位模式下采样示例

当SPI时钟为16位模式时,需要两组16个时钟(总共32个时钟)。第一个16个时钟的高字节为微控制器发出的控制字,接下来的字节为从ADC接收到的数据的高字节。在第二个16个时钟内,数据的低字节是从ADC接收到的。这一帧当中剩余的8个时钟在传输连续数据时必须采用同样的速率。图4所示采样速率为63.7ksps,与8位模式下速率相同。

图4. 16位模式下采样示例
图4. 16位模式下采样示例

更好的方法是首先采用8位SPI模式发送控制字节,然后切换到16位SPI时钟模式接收从ADC得到的采样数据(图5)。这样做的优点是不用将数据分别分割到不同的时钟组,并且不会浪费任何时钟周期。在组合模式下,采样速率为70.4ksps,高于8位模式和16位模式速率。


图5. 组合模式下的实例,即采用8位模式发送控制字节,然后采用16位模式接收ADC的采样数据

上述实例中,采集到的数据可采用表2时间表归纳。组合模式是获取MAX1132最佳性能的理想选择。该模式采用最少的时钟组,单帧时钟数最少。分别采用8位模式或16位模式时均达不到组合模式的采样速率。

表2. 不同时钟模式下,单采样周期的延时

Interval Sample Time,
8-Bit Mode
Sample Time,
16-Bit Mode
Sample Time,
Combination Mode
CS-bar low to SCLK high 560ns 760ns 960ns
Between 1st and 2nd clock sets 2.32µs 3.20µs 2.36µs
Between 2nd and 3rd clock sets 3.12µs
SCLK low to CS-bar high 2.52µs 2.60µs 3.60µs
CS-bar high 1.48µs 1.44µs 1.48µs
Clock time
(1/SCLK x clocks/frame)
6.0µs 8.0µs 6.0µs
Approximate total for one sample 15.7µs = 63.7ksps 15.7µs = 63.7ksps 14.2µs = 70.4ksps

 

固件说明

C程序文件 (在用于MAXQ的IAR Embedded Workbench环境下编写并编译)允许MAXQ2000 SPI接口采用组合模式与MAX1132进行通信。MAXQ2000的系统时钟为16MHz时,SPI的串行时钟为4MHz。


 
Status:
Package:
Temperature:

MAXQ2000
低功耗LCD微控制器

  • 高性能、低功耗16位RISC内核
  • 程序与数据存储器
  • 外部特性

MAX1132
16位ADC、200ksps、5V单电源,内置电压基准

  • 200ksps (双极性)和150ksps (单极性)采样ADC
  • 16位,无失码
  • 确保1.5 LSB INL