MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）則是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件。今天，我們要深入探討的是MAXIM公司的MAX1110/MAX1111，這兩款低功耗、多通道、8位串行ADC，它們?cè)诒姸鄳?yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了出色的性能。

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一、器件概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位ADC，具備8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模擬輸入。它們集成了內(nèi)部跟蹤/保持電路、電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘和串行接口，可在2.7V至5.5V的單電源下工作。在高達(dá)50ksps的采樣率下，僅消耗85μA電流，在1ksps時(shí)，電流更是低至6μA，非常適合對(duì)功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

主要特性

1. 寬電源范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
2. 低功耗：在不同采樣率下都能保持較低的功耗，有效延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
3. 多通道輸入：MAX1110有8個(gè)單端或4個(gè)差分輸入通道，MAX1111有4個(gè)單端或2個(gè)差分輸入通道，可滿足多種信號(hào)采集需求。
4. 軟件可配置：輸入模式可通過(guò)軟件配置為單極性/雙極性、單端/差分操作，增加了使用的靈活性。
5. 串行接口兼容：4線串行接口與SPI?、QSPI?和MICROWIRE?標(biāo)準(zhǔn)兼容，方便與微處理器連接。
6. 自動(dòng)掉電模式：具有軟件可編程的2μA自動(dòng)掉電模式，進(jìn)一步降低功耗。

二、電氣特性

直流精度

• 分辨率：8位分辨率，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的精度要求。
• 相對(duì)精度：在不同電源電壓下，相對(duì)精度有所不同，如在2.7V至3.6V電源電壓下，典型值為±0.15 LSB。
• 差分非線性：無(wú)漏碼，最大差分非線性為±1 LSB。
• 偏移誤差：在2.7V至3.6V電源電壓下，典型偏移誤差為±0.35 LSB。
• 增益誤差：在5.5V電源電壓下，典型增益誤差為±0.5 LSB。

動(dòng)態(tài)特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值為49dB，能夠有效還原輸入信號(hào)。
• 總諧波失真（THD）：典型值為 - 70dB，保證了信號(hào)的純凈度。
• 無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：典型值為68dB，減少了雜散信號(hào)的干擾。
• 通道間串?dāng)_：在特定條件下，通道間串?dāng)_低至 - 75dB，提高了多通道采集的準(zhǔn)確性。

其他特性

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：內(nèi)部時(shí)鐘模式下為25 - 55μs，外部時(shí)鐘模式下（500kHz，10個(gè)時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換周期）為20μs。
• 跟蹤/保持采集時(shí)間：外部時(shí)鐘2MHz時(shí)，tACQ為1μs，其計(jì)算公式為 (tACQ = 6 times (RS + R{IN}) times 18 pF)，其中 (R_{IN}=6.5 k Omega)，且tACQ不小于1μs。
• 內(nèi)部參考電壓：REFOUT電壓為2.048V，溫度系數(shù)為±50 ppm/°C。

三、引腳說(shuō)明

MAX1110

• CH0 - CH7：采樣模擬輸入引腳。
• COM：模擬輸入的接地參考，在單端模式下設(shè)置零碼電壓。
• SHDN：三級(jí)關(guān)斷輸入，可控制芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)。
• REFIN：參考電壓輸入，可連接到REFOUT使用內(nèi)部參考。
• REFOUT：內(nèi)部參考發(fā)生器輸出，需用1μF電容旁路到AGND。
• AGND：模擬地。
• DGND：數(shù)字地。
• DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，在SCLK下降沿輸出數(shù)據(jù)。
• SSTRB：串行選通輸出，指示轉(zhuǎn)換結(jié)束。
• DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，在SCLK上升沿輸入數(shù)據(jù)。
• CS：片選信號(hào)，低電平有效。
• SCLK：串行時(shí)鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出，同時(shí)也設(shè)置轉(zhuǎn)換速度。
• VDD：正電源電壓，范圍為2.7V至5.5V。

MAX1111

引腳功能與MAX1110類似，但通道數(shù)量和封裝不同，MAX1111采用16引腳QSOP封裝，而MAX1110采用20引腳SSOP封裝。

四、工作原理

偽差分輸入

ADC的模擬比較器采樣架構(gòu)采用偽差分輸入方式。在單端模式下，IN + 連接到所選輸入通道，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN + 和IN - 從特定的通道對(duì)中選擇。在差分模式下，只有IN + 的信號(hào)被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對(duì)于AGND保持穩(wěn)定在±0.5 LSB（最佳結(jié)果為±0.1 LSB），可通過(guò)連接0.1μF電容到AGND來(lái)實(shí)現(xiàn)。

跟蹤/保持

跟蹤/保持電路在8位控制字節(jié)的第6位移入后的時(shí)鐘下降沿進(jìn)入跟蹤模式，在第8位移入后的時(shí)鐘下降沿進(jìn)入保持模式。根據(jù)輸入模式的不同，采樣正輸入或輸入差值。

輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號(hào)帶寬，可利用欠采樣技術(shù)數(shù)字化高速瞬態(tài)事件和測(cè)量帶寬超過(guò)采樣率的周期性信號(hào)，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號(hào)混疊。

五、使用方法

快速評(píng)估

可使用圖5所示的電路快速評(píng)估MAX1110/MAX1111的模擬性能。將DIN連接到 + 3V，可觸發(fā)單端、單極性轉(zhuǎn)換。

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò)將控制字節(jié)時(shí)鐘輸入到DIN來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。CS低電平時(shí)，SCLK的上升沿將位從DIN時(shí)鐘輸入到內(nèi)部移位寄存器。第一個(gè)邏輯“1”位定義控制字節(jié)的MSB。

簡(jiǎn)單軟件接口

1. 設(shè)置控制字節(jié)TB1，格式為1XXXXX11二進(jìn)制，選擇外部時(shí)鐘模式。
2. 使用CPU的通用I/O線將CS拉低。
3. 發(fā)送TB1并接收字節(jié)RB1，忽略RB1。
4. 發(fā)送全零字節(jié)（$00 hex）并接收字節(jié)RB2。
5. 再次發(fā)送全零字節(jié)（$00 hex）并接收字節(jié)RB3。
6. 將CS拉高。

時(shí)鐘模式

• 外部時(shí)鐘模式：外部時(shí)鐘不僅用于數(shù)據(jù)移位，還驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平兩個(gè)時(shí)鐘周期。轉(zhuǎn)換必須在1ms內(nèi)完成，否則采樣保持電容的下垂會(huì)影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：釋放了微處理器運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)，可在轉(zhuǎn)換完成后以高達(dá)2MHz的時(shí)鐘速率讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時(shí)變低，轉(zhuǎn)換完成時(shí)變高。

六、應(yīng)用場(chǎng)景

MAX1110/MAX1111適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括：

• 便攜式數(shù)據(jù)記錄：低功耗特性使其非常適合電池供電的便攜式設(shè)備。
• 手持測(cè)量設(shè)備：多通道輸入和高分辨率可滿足各種測(cè)量需求。
• 醫(yī)療儀器：對(duì)精度和可靠性要求較高的醫(yī)療設(shè)備。
• 系統(tǒng)診斷：用于監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
• 太陽(yáng)能供電遠(yuǎn)程系統(tǒng)：低功耗和寬電源范圍適應(yīng)太陽(yáng)能供電的環(huán)境。
• 4mA至20mA供電遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：可在工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作。

MAX1110/MAX1111以其低功耗、多通道、高分辨率和靈活的接口等特性，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的ADC解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇和配置，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。