選擇MAXQ2000微控制器和MAX1132 ADC接口的S

選擇MAXQ2000微控制器和MAX1132 ADC接口的SPI時(shí)鐘模式

要：MAXQ2000可采用不同的時(shí)鐘模式與MAX1132接口，包括8位、16位或兩者組合。本應(yīng)用筆記說明了如何選擇SPI™時(shí)鐘模式，以優(yōu)化MAX1132性能。該應(yīng)用筆記包含了完整的原理圖、微控制器固件以及C程序例程，程序在用于MAXQ®的IAR Embedded Workbench®環(huán)境中編寫并編譯。

MAX1132說明

MAX1132為200ksps、16位ADC。MAXQ2000可采用不同的時(shí)鐘模式與MAX1132接口：包括8位、16位或兩者組合。為使ADC性能最優(yōu)，在開發(fā)的初始階段決定采采用何種模式非常重要。顯然，每幀包括16個(gè)時(shí)鐘周期的16位ADC應(yīng)采用16位模式；然而，在ADC采用每幀包括24個(gè)時(shí)鐘周期的特定情況下，必須仔細(xì)評(píng)估SPI時(shí)鐘模式。本應(yīng)用筆記提供了采用8位、16為及兩者組合模式的測(cè)試結(jié)果，根據(jù)結(jié)果可以看出在MAX1132采用24時(shí)鐘幀格式時(shí)，使用組合模式可獲得最佳性能。

硬件說明

該應(yīng)用電路采用MAX1132評(píng)估板和MAXQ2000評(píng)估板實(shí)現(xiàn)。

圖1所示為MAX1132評(píng)估板原理圖，圖2給出了系統(tǒng)的配置圖。為連接MAX1132評(píng)估板與MAXQ2000評(píng)估板，將MAX1132評(píng)估板上的SCLK、/CS、DOUT和DIN引腳連接至MAXQ2000評(píng)估板，如圖2所示。另外，在評(píng)估板上的AV_DD和AGND端口接入一個(gè)+5V電源。評(píng)估板的JU1的必須安裝在1–2 (ON)位置。在JU2上連接最高+12V的模擬信號(hào)，其它跳線開路。為保證系統(tǒng)正常工作，MAXQ2000評(píng)估板的SW3必須關(guān)閉。


圖1. MAX1132評(píng)估板原理圖


圖2. 用于評(píng)估不同SPI時(shí)鐘模式的硬件系統(tǒng)框圖。

分析

最簡(jiǎn)單、最靈活的SPI時(shí)鐘模式是8位模式，因?yàn)?個(gè)字節(jié)非常適合24時(shí)鐘幀格式，而MAX1132正好需要24個(gè)時(shí)鐘完成數(shù)據(jù)幀的傳輸。發(fā)送至從機(jī)的最高字節(jié)用作控制字(0x80)。其中最高位通知從機(jī)開始轉(zhuǎn)換，因此非常重要(控制字格式請(qǐng)參考MAX1132數(shù)據(jù)資料)。兩個(gè)低字節(jié)是從ADC接收到的數(shù)據(jù)。理想情況下，MAXQ2000的SPI串口時(shí)鐘工作在4MHz，ADC的最高采樣速率應(yīng)可達(dá)到166.67ksps左右。表1所示為分配給每路ADC信號(hào)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的采樣速率約為63.7ksps。該速率低于所要求采樣速率，因?yàn)榇袝r(shí)鐘包括下述延遲：SCLK變高時(shí)/CS拉低，一組時(shí)鐘轉(zhuǎn)變到下一組時(shí)鐘，/CS變高時(shí)SCLK拉低，以及在另一次采用開始之前/CS保持高電平(圖3)。


圖3. 8位模式下采樣示例

當(dāng)SPI時(shí)鐘為16位模式時(shí)，需要兩組16個(gè)時(shí)鐘(總共32個(gè)時(shí)鐘)。第一個(gè)16個(gè)時(shí)鐘的高字節(jié)為微控制器發(fā)出的控制字，接下來的字節(jié)為從ADC接收到的數(shù)據(jù)的高字節(jié)。在第二個(gè)16個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，數(shù)據(jù)的低字節(jié)是從ADC接收到的。這一幀當(dāng)中剩余的8個(gè)時(shí)鐘在傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)時(shí)必須采用同樣的速率。圖4所示采樣速率為63.7ksps，與8位模式下速率相同。


圖4. 16位模式下采樣示例

更好的方法是首先采用8位SPI模式發(fā)送控制字節(jié)，然后切換到16位SPI時(shí)鐘模式接收從ADC得到的采樣數(shù)據(jù)(圖5)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是不用將數(shù)據(jù)分別分割到不同的時(shí)鐘組，并且不會(huì)浪費(fèi)任何時(shí)鐘周期。在組合模式下，采樣速率為70.4ksps，高于8位模式和16位模式速率。


圖5. 組合模式下的實(shí)例，即采用8位模式發(fā)送控制字節(jié)，然后采用16位模式接收ADC的采樣數(shù)據(jù)

上述實(shí)例中，采集到的數(shù)據(jù)可采用表2時(shí)間表歸納。組合模式是獲取MAX1132最佳性能的理想選擇。該模式采用最少的時(shí)鐘組，單幀時(shí)鐘數(shù)最少。分別采用8位模式或16位模式時(shí)均達(dá)不到組合模式的采樣速率。

表2. 不同時(shí)鐘模式下，單采樣周期的延時(shí)

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

固件說明

C程序文件(在用于MAXQ的IAR Embedded Workbench環(huán)境下編寫并編譯)允許MAXQ2000 SPI接口采用組合模式與MAX1132進(jìn)行通信。MAXQ2000的系統(tǒng)時(shí)鐘為16MHz時(shí)，SPI的串行時(shí)鐘為4MHz。

IAR Embedded Workbench是IAR Systems AB的注冊(cè)商標(biāo)。
MAXQ是Maxim Integrated Products, Inc.的注冊(cè)商標(biāo)。
SPI是Motorola, Inc.的商標(biāo)。