MAX11646/MAX11647：低功耗10位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討MAX11646/MAX11647這兩款低功耗、1 - /2通道、I2C接口的10位ADC，它們以其小巧的封裝和出色的性能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX11646/MAX11647集成了內(nèi)部跟蹤/保持（T/H）電路、電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘和I2C兼容的兩線串行接口。MAX11647工作電壓范圍為2.7V至3.6V，而MAX11646則為4.5V至5.5V。在1ksps的采樣率下，它們僅需6μA的電流，并且具備AutoShutdown?功能，能在轉(zhuǎn)換間隙將器件斷電，在低吞吐量速率下將電源電流降至1μA以下。

這兩款A(yù)DC可測(cè)量?jī)蓚€(gè)單端輸入或一個(gè)差分輸入，其全差分模擬輸入可通過(guò)軟件配置為單極性或雙極性、單端或差分操作。滿(mǎn)量程模擬輸入范圍由內(nèi)部基準(zhǔn)或1V至VDD的外部基準(zhǔn)電壓決定，MAX11647內(nèi)置2.048V基準(zhǔn)，MAX11646則為4.096V。它們提供超小的1.9mm x 2.2mm WLP封裝和8引腳μMAX?封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

二、關(guān)鍵特性

2.1 封裝小巧

超小的1.9mm x 2.2mm晶圓級(jí)封裝（WLP），非常適合對(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用，如手持便攜式設(shè)備。

2.2 高速接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式的I2C兼容串行接口，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 電源靈活

單電源供電，MAX11647為2.7V至3.6V，MAX11646為4.5V至5.5V，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的電源。

2.4 基準(zhǔn)多樣

內(nèi)部基準(zhǔn)分別為2.048V（MAX11647）和4.096V（MAX11646），同時(shí)也支持1V至VDD的外部基準(zhǔn)，提供了更多的靈活性。

2.5 低功耗

在不同采樣率下，功耗表現(xiàn)出色。例如，在94.4ksps時(shí)為670μA，40ksps時(shí)為230μA，10ksps時(shí)為60μA，1ksps時(shí)為6μA，掉電模式下僅為0.5μA。

2.6 軟件可配置

可通過(guò)軟件配置為單極性或雙極性操作，滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。

三、電氣特性

3.1 直流精度

分辨率為10位，相對(duì)精度（INL）和差分非線性（DNL）均為±1 LSB，偏移誤差和增益誤差也為±1 LSB，通道間偏移匹配和增益匹配為±0.1 LSB，具有較高的精度。

3.2 動(dòng)態(tài)性能

在10kHz輸入信號(hào)、VIN(P - P) = VREF、94.4ksps采樣率的條件下，信噪失真比（SINAD）為60dB，總諧波失真（THD）為 - 70dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為70dB，全功率帶寬為3.0MHz，全線性帶寬為5.0MHz。

3.3 轉(zhuǎn)換速率

內(nèi)部時(shí)鐘模式下，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10.6μs，吞吐量速率為94.4ksps；外部時(shí)鐘模式下，轉(zhuǎn)換時(shí)間為6.8μs，吞吐量速率為53ksps。

四、工作原理

4.1 模擬輸入與跟蹤/保持

MAX11646/MAX11647的模擬輸入架構(gòu)包含模擬輸入多路復(fù)用器、全差分T/H電容、T/H開(kāi)關(guān)、比較器和全差分開(kāi)關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。在單端模式下，模擬輸入多路復(fù)用器將T/H電容連接到所選的模擬輸入和地之間；在差分模式下，連接到所選的正負(fù)模擬輸入之間。在采集間隔，T/H開(kāi)關(guān)處于跟蹤位置，T/H電容充電至模擬輸入信號(hào)；采集間隔結(jié)束后，T/H開(kāi)關(guān)切換到保持位置，保持電容上的電荷作為輸入信號(hào)的穩(wěn)定樣本。

4.2 轉(zhuǎn)換過(guò)程

在轉(zhuǎn)換間隔，開(kāi)關(guān)電容DAC進(jìn)行調(diào)整，使比較器輸入電壓在10位分辨率的范圍內(nèi)恢復(fù)到0V，這需要10個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期，相當(dāng)于將11pF × (VIN+ - VIN - )的電荷從T/H電容轉(zhuǎn)移到二進(jìn)制加權(quán)電容DAC，形成模擬輸入信號(hào)的數(shù)字表示。

4.3 時(shí)鐘模式

• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：使用內(nèi)部振蕩器作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。在接收到有效地址的第八個(gè)上升時(shí)鐘沿后開(kāi)始跟蹤模擬輸入，第九個(gè)時(shí)鐘的下降沿采集模擬信號(hào)并開(kāi)始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，SCL被拉低（時(shí)鐘拉伸），轉(zhuǎn)換完成后結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
• 外部時(shí)鐘模式：使用SCL作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。在有效從地址字節(jié)的第九個(gè)上升時(shí)鐘沿開(kāi)始跟蹤模擬輸入，兩個(gè)SCL時(shí)鐘周期后采集模擬信號(hào)并開(kāi)始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在四個(gè)空的高電平位后即可獲得，設(shè)備會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)換輸入通道，直到收到不確認(rèn)信號(hào)。

4.4 掃描模式

通過(guò)配置字節(jié)的SCAN0和SCAN1設(shè)置掃描模式。掃描結(jié)果按轉(zhuǎn)換順序?qū)懭氪鎯?chǔ)器，讀取時(shí)也按此順序進(jìn)行。每個(gè)結(jié)果需要2字節(jié)傳輸，第一個(gè)字節(jié)以六個(gè)空的高電平位開(kāi)始，每個(gè)字節(jié)都需要主設(shè)備確認(rèn)，否則存儲(chǔ)器傳輸將終止。

五、應(yīng)用信息

5.1 上電復(fù)位

配置和設(shè)置寄存器默認(rèn)進(jìn)行單端、單極性、單通道轉(zhuǎn)換，使用內(nèi)部時(shí)鐘，以VDD為基準(zhǔn)。上電后存儲(chǔ)器內(nèi)容未知。

5.2 自動(dòng)關(guān)機(jī)

在轉(zhuǎn)換間隙，MAX11646/MAX11647處于空閑狀態(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，除內(nèi)部基準(zhǔn)外的所有模擬電路都會(huì)參與自動(dòng)關(guān)機(jī)。使用外部時(shí)鐘模式時(shí)，需要發(fā)出STOP、不確認(rèn)或重復(fù)START條件才能進(jìn)入空閑狀態(tài)并受益于自動(dòng)關(guān)機(jī)；內(nèi)部時(shí)鐘模式下，所有轉(zhuǎn)換結(jié)果寫(xiě)入存儲(chǔ)器后即進(jìn)入掉電狀態(tài)。自動(dòng)關(guān)機(jī)可顯著節(jié)省功耗，尤其在低轉(zhuǎn)換速率和使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)。

5.3 參考電壓

• 內(nèi)部參考：MAX11646為4.096V，MAX11647為2.048V。當(dāng)REF配置為內(nèi)部參考輸出時(shí)，需要用0.1μF電容和2kΩ串聯(lián)電阻將REF接地。內(nèi)部參考喚醒需要10ms，關(guān)機(jī)時(shí)輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
• 外部參考：范圍為1V至VDD，為保證最大轉(zhuǎn)換精度，參考源需能夠提供高達(dá)40μA的電流，輸出阻抗不超過(guò)500Ω。如果參考源輸出阻抗較高或有噪聲，需用0.1μF電容盡可能靠近REF接地。

六、布局與接地

在PCB布局時(shí)，應(yīng)確保模擬和數(shù)字走線適當(dāng)分離，避免模擬和數(shù)字線平行布線，不要在ADC封裝下方布置數(shù)字信號(hào)路徑。使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字PCB接地部分，通過(guò)一個(gè)星型點(diǎn)連接兩個(gè)接地系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)低噪聲操作，要確保接地返回至星型接地的電源具有低阻抗且盡可能短。將數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)離敏感的模擬和參考輸入。在VDD和星型接地之間使用0.1μF和4.7μF的并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旁路，盡量縮短電容引腳長(zhǎng)度，若電源噪聲過(guò)大，可在電源中串聯(lián)一個(gè)5Ω的衰減電阻。

七、總結(jié)

MAX11646/MAX11647以其低功耗、高速接口、小巧封裝和豐富的功能，為電子工程師在設(shè)計(jì)手持便攜式設(shè)備、醫(yī)療儀器、電池供電測(cè)試設(shè)備等應(yīng)用時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理配置時(shí)鐘模式、掃描模式和參考電壓，同時(shí)注意PCB布局和接地，以充分發(fā)揮這兩款A(yù)DC的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類(lèi)似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。