MAX1407完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文提供了一個(gè)便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示例，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)具有更低系統(tǒng)成本、更快上市時(shí)間、更小尺寸、更好的性能和更高的可靠性的設(shè)計(jì)，將組件從 7 個(gè)組件減少到 3 個(gè)組件。

便攜式測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)比選擇合適的IC來(lái)滿足所需的電氣性能要復(fù)雜得多。有許多權(quán)衡需要考慮。電路板面積或高度是否有尺寸限制？包括組件、組裝和最終測(cè)試在內(nèi)的總系統(tǒng)成本需要是多少？上市時(shí)間有多重要，所有相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)是否已確定？產(chǎn)品生命周期是什么？產(chǎn)品將在什么環(huán)境中使用，可靠性要求是什么？一個(gè)極端是使用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)組件的分立設(shè)計(jì)，另一個(gè)極端是使用單個(gè)混合信號(hào)芯片的定制設(shè)計(jì)。下面將分立設(shè)計(jì)與采用MAX1407的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。

圖1顯示了使用分立元件的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）的功能框圖。該系統(tǒng)包括電源、模擬和數(shù)字電路。電源來(lái)自電池，電源用于調(diào)節(jié)輸出電壓。電池電壓可按需使用A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量，電池復(fù)位電路和穩(wěn)壓輸出電壓。模擬包括用于連接電化學(xué)傳感器的模擬前端（AFE）電路（可能包括D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和模擬開(kāi)關(guān)）、用于測(cè)量溫度的熱敏電阻電路、帶有輸入多路復(fù)用器的A/D轉(zhuǎn)換器，以及與AFE、熱敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換器一起使用的基準(zhǔn)電壓源。數(shù)字電路包括一個(gè)32kHz振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和一個(gè)微控制器（μC），包括高頻晶體、用于用戶界面的外部中斷、內(nèi)部存儲(chǔ)器以及可能的其他外設(shè)，如液晶顯示器（LCD）偏置和用于連接LCD的驅(qū)動(dòng)器電路。

圖1.帶有分立標(biāo)準(zhǔn)組件的便攜式系統(tǒng)功能框圖。

圖1所示的傳感器是一種電化學(xué)型傳感器，配置為計(jì)數(shù)器配置，其中工作電極（WE）通過(guò)FB1引腳偏置。FB1 和 OUT1 之間的外部電阻將力/檢測(cè) D/A 轉(zhuǎn)換器配置為跨阻放大器，以測(cè)量通過(guò)傳感器的電流。參比電極 （RE） 通過(guò) FB2 引腳偏置，反饋環(huán)路通過(guò)傳感器阻抗閉合到 OUT2 引腳，以調(diào)節(jié) WE 和 RE 之間在傳感器電流變化時(shí)的恒定電位。

圖2所示為使用MAX1407的相同便攜式DAS的功能框圖，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。MAX1407包含AFE所需的所有電路，包括多路復(fù)用器、A/D轉(zhuǎn)換器和電壓基準(zhǔn)。它還能夠測(cè)量電池和電源電壓。還包括數(shù)字功能，包括兩個(gè)復(fù)位電路、一個(gè)帶RTC的32kHz振蕩器、喚醒電路、電源控制和一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)μC的高頻時(shí)鐘輸出。此外，MAX1407中的所有模塊都可以通過(guò)串行接口單獨(dú)控制和關(guān)斷。所示的傳感器應(yīng)用只是配置這種靈活A(yù)FE的眾多方法之一。

圖2.采用MAX1407/14的便攜式系統(tǒng)功能框圖

使用MAX1407（或類似的器件，如MAX1408、MAX1409或MAX1414，如果系統(tǒng)要求不同）有很多好處。 這些特點(diǎn)是更低的系統(tǒng)成本、更快的上市時(shí)間、更小的尺寸、更好的性能和更高的可靠性。請(qǐng)參閱表 1。

由于許多原因，系統(tǒng)成本較低。元件數(shù)量少得多，使用價(jià)格極具競(jìng)爭(zhēng)力的MAX1407可降低元件成本。組裝和最終測(cè)試成本將大大降低，因?yàn)橛捎诮M件較少，總插入成本更低，并且在電路板級(jí)別進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證的成本也少得多。此外，MAX1407內(nèi)置的特性消除了μC中的某些功能，如RTC、復(fù)位和A/D轉(zhuǎn)換器，從而有更多的低成本μC可供選擇。

由于模擬設(shè)計(jì)和大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)已集成在MAX1407中，因此上市時(shí)間更快。電路板設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)間將更快，因?yàn)樾枰芾淼慕M件更少。一旦第一個(gè)設(shè)計(jì)完成，只要模擬測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有顯著變化，就很容易衍生出新設(shè)計(jì)。如果更改發(fā)生在用戶界面、軟件功能、存儲(chǔ)器要求或顯示方面，則更改軟件或選擇同一系列中的其他μC以在很短的時(shí)間內(nèi)提供產(chǎn)品變化或改進(jìn)功能是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。

系統(tǒng)尺寸應(yīng)該更小，更容易適應(yīng)所需的外形尺寸，因?yàn)樵谟∷㈦娐钒迳弦季€的元件和走線要少得多。性能應(yīng)該優(yōu)于分立式設(shè)計(jì)，因?yàn)楣δ軌K已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行，必要時(shí)無(wú)需任何額外電路即可無(wú)縫連接到μC和電源。由于組件更少，可靠性也得到了提高。

MAX1407/08/09/14系列結(jié)合了便攜式或非便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的所有模擬和系統(tǒng)支持電路，可無(wú)縫連接到廉價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)μC。 表2顯示了兩種設(shè)計(jì)路徑的比較，并定量評(píng)估了開(kāi)始系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的六個(gè)重要項(xiàng)目。MAX1407為分立設(shè)計(jì)提供了優(yōu)異的解決方案，當(dāng)所有這些指標(biāo)一起考慮時(shí)。

審核編輯：郭婷