MAX1464数字传感器信号调理器常见问题解答

摘要:max1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微处理器的数字式传感器信号调理器,该器件还集成了闪存和温度传感器。本文给出了用户可能提出的各种各样的问题和疑问,并针对每个问题给出了简短的回答。若想得到更深入的解答,用户可参考max1464数据资料以及该产品的其他相关公开资料。另外,maxim的技术支持小组也是一个很有益的资源,从他们那里可以获得这里或其他相关资料中无法得到的答案。
1) 问:什么是max1464?
答: max1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微处理器的数字式传感器信号调理器,该器件还集成了闪存和温度传感器
2) 问: max1464信号调理器的典型应用是什么?
答: max1464的典型应用是为传感器的小信号输出进行补偿、放大及线性化处理。传感器类型包括prt、rtd、热电偶、应变计等等。
3) 问: 针对max1464,都提供哪些技术支持?
答: 我们提供各种各样的技术支持,包括评估套件、软件工具、程序例程、应用笔记、在线/电话技术支持,等等。
4) 问: max1464评估套件里都有什么东西?
答: 评估套件包括一个评估板(内置max1464信号调理器,其典型应用电路和用于模拟max1464传感器输入的电位器),一个用于与pc接口的max1464key,一些max1464样品,和互连电缆。
5) 问: max1464提供哪些软件工具呢?
答: 软件工具包括:
1) 编译器,用于编程片上微控制器。
2) 硬件调试器,可以对内部功能和模块进行交互式控制。
3) 以及一个采用labview®编写的控制程序,该程序内置二阶补偿功能,可以在更高层次上与max1464进行通信。
6) 问: 是否提供一些max1464的程序例程?
答: 提供。评估套件中的软件提供了一些例程编码,可在maxim网站上找到。例程采用汇编语言,包括二阶补偿算法、led闪烁程序和一个典型的环路功能。
7) 问: 有没有一些针对max1464的应用笔记?
答: 有,下面给出了已发布的应用笔记的列表。同时正在编写其他应用笔记,未来会发布更多相关信息。
1) 二阶补偿(应用笔记3649):max1464 signal conditioner, sensor compensation algorithm
2) 比例电流源(应用笔记3364):creating a ratiometric current excitation in sensors using the max1464 signal conditioner
3) 温度传感器(应用笔记3650):max1464的片上温度传感器
关于大多数应用,max1463的应用笔记同样也适用于max1464。
8) 问: 每启动一次adc周期,需要等待多长时间才开始采样?
答: 运行adc指令的同时adc便启动采样,这一过程将持续整个adc周期。
9) 问: 一次adc转换都要经历哪些过程?
答: 在转换周期内,adc根据adc时钟设置(max1464数据资料第32页给出了adc时钟表格)连续执行采样。σ-δ型转换器在整个转换周期内,产生信号的比特流输出。这个比特流经过数字化处理后产生一个16位输出结果。随后,停止该输入信道的采样。因此,如果输入信号在adc转换过程中改变了,其结果将是转换周期内输入的平均值。
10) 问: 在adc采样的时候,是不是从最低位或者从最高位开始呢?
答: 与传统的sar型或集成转换器不同,σ-δ型转换器不是先转换出低位或高位。在转换周期内,比特流输出经过滤波。应用笔记1870,demystifying sigma-delta adcs,简要描述了σ-δ型转换器,作为补充材料可供参考。
11) 问: 在不损坏器件的前提下,max1464的最高电源电压是多少?
答: 在max1464上接入6.0v电源似乎不会损坏器件。虽然没有任何官方资料记载,但在实际应用中,我们将这一电压加在asic上,几分钟之后将电压恢复到正常电源电压,并未明显损坏器件。当然,当电源电压高于5.5v时,器件工作特性将不能满足数据资料的参数指标。
12) 问: 能使用max1464测量rtd或k型热电偶吗?
答: 可以。用户必须保证inm和inp上的电压值高于vss而低于vdd。如果需要附加增益的话,可以使用dop中的运放构成模拟增益级,用于将差分信号转换为单端信号。可以将此增益级的输出输入到adc用于转换,或者可以采用adc环回转换模式直接转换运放输出。
13) 问: max1463和max1464之间有什么区别?
答: 主要区别在于:
1) max1464没有isrc引脚。
2) max1464没有vb引脚。
3) max1464的外部基准电压只能等于2.5v (vdd的1/2)。
4) max1464的pga增益设置可以用于温度转换。
5) max1464的温度传感器为正斜率(max1463为负斜率),而且可以调整增益。
6) 其他细小的差别,参见max1464数据资料。
14) 问: max1463和max1464有哪些寄存器定义不同?
答: 寄存器定义存在三个变化:
1) 重新定义寄存器08h - “adc_config_ta”,增加了用于温度转换的pga增益(pgat[4:0]=adc_config_ta[15:11])设置。其他位保持不变。
2) 寄存器31h - “上电控制”,pwrwfl位(第12个位)不用了,在max1464中,它变为“don't-care”。
3) 寄存器33h - “电流源控制”,被取消了。
15) 问: max1463与max1464的内部温度传感器是否相同呢?
答: 不相同。max1464的温度传感器输出相对温度为正斜率,而max1463刚好相反。另外,max1464温度传感器的输出可增加pga增益功能,而max1463则不行。
16) 问: 我的设置是正确的,却无法与max1464通信。出了什么问题呢?
答: 可能的原因是:
1) 没有正确设置评估板的跳线。
2) 3线或4线通信时,max1464key、跳线设置和配置设置之间的设置不匹配。
3) 电脑的串口有问题。
4) 评估板故障。
5) 评估板上的max1464芯片出现故障。
6) max1464key出现故障。
17) 问: 3线和4线接口之间有什么区别?
答: max1464串口可以采用4线spi™兼容模式或3线模式(上电缺省状态)。在3线模式下,应该将di和do线连在一起,用作双向数据线。
18) 问: 3线和4线通信时,我都能使用硬件调试器吗?
答: 可以。
19) 问: 3线和4线通信时,我都能使用控制程序吗?
答: 可以。
20) 问: 怎样实现评估板的3线通信和4线通信两个模式之间的切换?
答: 可以通过将di和do引脚连接在一起或分开,从而实现3线或4线通信。通过连接或者移除ju4上的短路器,可实现3线和4线模式的切换。3线模式将di和do引脚短接,允许用户通过单根线实现与max1464的通信。
21) 问: 温度传感器输出与vdd成比例吗?
答: 是的。温度传感器的输出与vdd成比例,因此如果vdd满足max1464数据资料的规范,则所最终正确的温度读数与vdd电压无关。
22) 问: inpx和inmx输入电压所允许的共模电压范围是什么?
答: 只要gnd和vdd满足max1464数据资料规范,共模输入电压范围为gnd到vdd。
23) 问: 对于所有pga增益设置,共模电压范围的规范都一样吗?
答: 是的。
24) 问: max1464输入阻抗随pga增益设置变化吗?如何改变?
答: 是的。下列表达式给出了输入阻抗相对pga设置的函数,其中“f”是adc时钟频率,而“gain”是pga增益。max1464数据资料第2页至第7页的electrical characteristics (ec)表给出了对应差分和单端输入的情况下,输入阻抗与pga设置关系的部分列表。 增益 = 1 ... 64时,rin = (4 x 1012) / (f x 增益)
增益 = 80 ... 128时,rin = (8 x 1012) / (f x 增益)
增益 = 160 ... 256时,rin = (16 x 1012) / (f x 增益) 25) 问: 传感器输出阻抗和max1464输入阻抗之间有什么关系?它们之间如何互相影响的?
答: max1464的输入级采用开关电容。因此,在adc采样期间,电流周期性的流入adc输入端。等效来讲,在每个采样间隔的初期,输入阻抗很小(大的电流流入电容器),而在每个采样间隔的末期,输入阻抗变得非常大(电容几乎被充满了,电流几乎等于零)。因此可以通过合理选择inm-inp上的滤波元件(rc过滤器),或者降低adc时钟频率来实现合理的输入阻抗。
26) 问: 改变转换速率如何影响转换分辨率?
答: 转换分辨率与转换速率无关。任意介于0.256ms与262.14ms之间的转换速率均可实现9位至16位分辨率。参考max1464数据资料第33页上的adc分辨率和adc转换时间表格。
27) 问: adc时钟的设置与微控制器时钟无关吗?
答: 是的。对于任意给定的系统时钟(内部或外部),可以根据max1464数据资料中的adc时钟表格设置adc时钟。
28) 问: adc时钟频率和功耗之间有什么关系?
答: 功耗与adc时钟频率呈近似线性关系。adc时钟频率越低,功耗越低。max1464数据资料的ec表格中给出了1mhz和7khz的时钟频率下,adc的电流损耗。其他频率上的功耗可通过这两点之间的连线来近似逼近。
29) 问: 如何平衡功耗和转换速率?
答: 降低adc时钟频率fadc,可降低系统工作的功耗。时钟频率越低,所需的工作电流就越小。如果系统仍然具有足够的功耗开销,可以采用最高的时钟频率fadc,通过牺牲功耗来换取转换速率性能的提高。max1464数据资料中的adc转换时间表概括了不同的分辨率和时钟频率设置下,adc的转换时间。转换时间可由下面公式得出: tconvert = (每次转换的fadc时钟数) / fadc “每次转换的时钟数”是所期望得到的转换分辨率的函数。
30) 问: max1464的额定数据保存年限与温度之间存在什么关系?
答: 在室温下,器件的额定数据保存年限为100年。在额定工作温度范围内,可以保证10年的数据保存年限。
31) 问: max1464中的闪存容量是多少?
答: max1464闪存分为两个区。第0区有4kb,用于存储cpu校正、放大和线性化输入信号的程序。第1区有128b,用于保存用户信息。cpu不能访问第1区。
32) 问: 4kb闪存可以存储多大的程序?
答: 4kb闪存空间相对于传感器应用已经足够大了。例如,可以在不多于4kb的闪存空间里,保存具备以下功能的程序:
1) 测量一路差分输入
2) 测量两路单端输入
3) 读取一路片外温度传感器
4) 读vdd
5) 设置两路模拟输出
6) 采用gpio引脚配置报警触发点
7) 实现二阶补偿
当然,编程技巧通常也是影响内存空间使用效率的重要因素。
33) 问: max1464微处理器有哪些指令?
答: max1464具有16个指令,用于运行传感器补偿、放大,以及传感器输出信号线性化等所有计算。max1464数据资料给出了所有指令的详细说明。
max1464指令集 op-code (hex) mnemonic operation
0x ldx load register x from program memory.
1x clx clear x-reg
2x anx a-reg = a-reg and x-reg
3x orx a-reg = a-reg or x-reg
4x adx a-reg = a-reg add x-reg
5x stx x-reg = a-reg
6x slx shift left x-reg
7x srx shift right x-reg propagating sign bit
8x inx x-reg = x-reg + 1
9x dex x-reg = x-reg - 1
ax ngx x-reg = not x-reg
bx bpx branch positive i-reg by amount in x-reg
cx bnx branch not zero i-reg by amount in x-reg
dx rdx a-reg = cpu port-x
ex wrx cpu port-x = a-reg
f3 mlt a-reg | m-reg = m-reg multiplied by n-reg; register op code must be 3h
34) 问: 如何编程max1464?
答: 编译器作为max1464评估板软件工具的一部分同时附赠给客户,用于开发汇编程序并对其进行编译。随后由编译器对汇编程序进行编译,进而得到一个.hex文件,该文件可通过所提供的工具(硬件调试器或控制程序),下载到max1464内部闪存内。
35) 问: 硬件调试器与哪些windows平台兼容?
答: 硬件调试器可以在windows® 95/98/2000/nt/xp下运行。
36) 问: max1464的dll与哪些windows平台兼容?
答: max1464的dll可以在windows 95/98/2000/nt/xp下运行。
37) 问: max1464的dll在什么平台下开发?
答: max1464的dll在c++平台下通过标准调用开发。
38) 问: 能通过visual basic调用max1464的dll函数么?
答: 可以。所有基于windows的os都可以调用dll。由maxim开发的控制程序采用c语言来调用dll。要使用visual basic或其他平台调用dll,必须使用stdcall dll。评估板提供的max1464 dll是采用c语言调用。关于stdcall方面的信息,请联系maxim技术支持小组。
39) 问: max1464适用于什么样的输入电压?
答: 理论上,max1464可接受1mv到5v的输入电压。实际上,输入范围取决于所需的满量程输出和分辨率。max1464能够分17级,实现高达244倍的模拟信号放大倍数。更高的放大倍数可以通过数字方式实现。采用数字方式实现信号放大将以降低分辨率为代价。
40) 问: 如何使用硬件调试器?
答: 硬件调试器包括多个标签,用于访问相关寄存器和端口,以及将闪存里的内容加载到文件中,等等。可以使用硬件调试器来了解max1464的功能、寄存器,和端口。
41) 问: 如何使用控制程序?
答: 控制程序主要是为用户补偿传感器提供一个方便的工具。控制程序包括一些功能按钮,通过它们实现一系列底层的、预先设定的操作,例如“读adc”,加载文件到max1464的内部闪存,等等。控制程序可用于执行二阶温度补偿。
42) 问: max1464中不用的运放可以另作他用吗?
答: 可以。max1464的每个通道对应有两个运放。任何时候,如果只有一个运放与输出端相连,则那个不用的运放可以作为缓冲器使用,或可以提供附加增益。
43) 问: max1464闪存的第1区有什么功能?
答: 闪存的第1区用于保存用户信息,例如序列号、器件历史、生产信息、日期,等等。cpu不能访问第1区。只能通过spi接口对该区进行写操作和读操作。
44) 问: cpu程序能访问max1464闪存的第1区(用户部分)吗?
答: 不能。第1区只能通过spi接口访问。第1区可以用来控制max1464的工作状态。
45) 问: max1464有多少个输入通道?
答: 两个差分输入或四个单端输入,以及九个环回输入。
46) 问: 补偿过程中,如何最大化adc范围?
答: 只有正确设置adc输入的粗调偏置和pga增益,才能得到最大的adc范围。正确设置粗调偏置和pga增益的步骤,请参考max1460数据资料的第七页。
47) 问: 补偿时,如何使温度传感器的分辨率最大化?
答: 只有正确设置温度传感器转换的粗调偏置和pga增益,才能得到最大的温度传感器的分辨率。正确设置粗调偏置和pga增益的步骤,请参见max1460数据资料的第七页。
48) 问: 量产时,能使用控制程序中的二阶补偿算法进行实际补偿吗?
答: 可以。可以将模板文件中的系数采用传感器量产模型中所定义的系数替代。
49) 问: 启动控制程序的时候,控制程序窗口上的‘dut?’按钮并没有变成绿色?怎么回事?
答: pc无法识别max1464。有很多可能性,包括:
1) 安装不正确。确认安装和接线与max1464评估板数据资料的说明一致。同时确认电源电压是否正确,并且加在了评估板上面适当的终端模块。
2) 评估板上的跳线设置不正确。确认跳线与max1464评估板数据资料的说明一致。
3) 3线或4线通信时,max1464key、跳线设置和配置设置不匹配。
4) 电脑并口有问题。
5) 评估板故障。观察评估板并确认有没有器件损坏或丢失。所有的评估板在出厂时都经过检测。
6) 评估板上的max1464芯片损。更换max1464 asic。
7) max1464key出现故障。
50) 问: 启动控制程序的时候,出现‘file operation’错误提示。什么原因?
答: 启动时,控制器找不到要加载的某个或多个文件。两个可能的原因为:
1) “max1464 main.exe”启动所在的文件夹中的“max1464.ini”丢失。
2) “max1464.ini”文件中的所列的文件在文件夹中无法找到。
51) 问: 调节评估板上的电位器,max1464的输入没有发生任何变化。怎么回事?
答: 两个可能的原因如下:
1) 没有安装跳线ju11和ju12。
2) 电位器有问题。这一可能性很小。可以通过测量电位器各个端子的电阻来校验电位器的好坏。

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