探索MAX1261/MAX1263：高性能12位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)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們將深入探討MAXIM公司的兩款低功耗、12位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADCs）——MAX1261和MAX1263，了解它們的特性、應(yīng)用以及在實(shí)際設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

文件下載：MAX1261AEEI+T.pdf

產(chǎn)品概述

MAX1261/MAX1263具有逐次逼近型ADC、自動(dòng)掉電、快速喚醒（2μs）、片上時(shí)鐘、+2.5V內(nèi)部參考以及高速字節(jié)并行接口等特性。它們采用單+3V模擬電源供電，VLOGIC引腳允許其直接與+1.8V至+5.5V的數(shù)字電源接口。在250ksps的最大采樣率下，功耗僅為5.7mW（VDD = VLOGIC）。

這兩款器件提供軟件可配置的模擬輸入，支持單極性/雙極性以及單端/偽差分操作。MAX1261在單端模式下有8個(gè)輸入通道，而MAX1263有4個(gè)輸入通道；在偽差分模式下，分別為4個(gè)和2個(gè)輸入通道。

產(chǎn)品特性

高精度與高性能

• 12位分辨率：提供±0.5 LSB的線性度，確保了高精度的轉(zhuǎn)換。
• 動(dòng)態(tài)性能出色：在50kHz輸入信號(hào)、250ksps采樣率和雙極性輸入模式下，信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）可達(dá)70dB，總諧波失真（THD）低至 - 78dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為80dB。

低功耗設(shè)計(jì)

• 多種功耗模式：具有軟件可選的掉電模式，在轉(zhuǎn)換之間可將器件關(guān)閉，在降低采樣率時(shí)，可將電源電流降至10μA以下。
• 不同采樣率下的低功耗表現(xiàn)：250ksps時(shí)電流為1.9mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，掉電模式下僅為2μA。

靈活的接口與配置

• 邏輯電平可調(diào)：用戶可調(diào)節(jié)邏輯電平（+1.8V至+3.6V），方便與不同的數(shù)字電路接口。
• 軟件可配置的輸入多路復(fù)用器：可根據(jù)需求選擇單端或偽差分輸入模式，以及單極性或雙極性輸入。
• 字節(jié)并行接口：采用（8 + 4）并行接口，便于與標(biāo)準(zhǔn)微處理器連接。

小尺寸封裝

MAX1261采用28引腳QSOP封裝，MAX1263采用24引腳QSOP封裝，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

工作原理

轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX1261/MAX1263采用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）階段，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出。其并行（8 + 4）輸出格式為與標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口提供了便利。

單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內(nèi)部切換到相應(yīng)的輸入通道，IN - 切換到COM；在偽差分模式下，IN+和IN - 從模擬輸入對(duì)中選擇，并內(nèi)部切換到模擬輸入。轉(zhuǎn)換過程中，T/H開關(guān)在采集間隔結(jié)束時(shí)打開，保持電容上的電荷作為輸入信號(hào)的樣本，然后電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）在轉(zhuǎn)換周期的剩余時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以恢復(fù)比較器正輸入的節(jié)點(diǎn)0電壓至0V。

時(shí)鐘模式

• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：通過設(shè)置控制字節(jié)的D7位為1，D6位為0來選擇。此時(shí)CLK引腳需連接到VDD或GND，以防止引腳浮空，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6μs。
• 外部時(shí)鐘模式：將控制字節(jié)的D6和D7位設(shè)置為1。推薦使用100kHz至4.8MHz的時(shí)鐘頻率，占空比為30%至70%。

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過寫入控制字節(jié)來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，該字節(jié)選擇多路復(fù)用器通道并配置器件為單極性或雙極性操作?？刂谱止?jié)中的ACQMOD位提供內(nèi)部和外部?jī)煞N采集模式。轉(zhuǎn)換周期在內(nèi)部或外部時(shí)鐘及采集模式下均持續(xù)13個(gè)時(shí)鐘周期。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

當(dāng)轉(zhuǎn)換完成且輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，INT信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。通過設(shè)置CS和RD為低電平來讀取輸出數(shù)據(jù)，HBEN位用于選擇讀取高4位或低8位。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 工業(yè)控制系統(tǒng)：可用于精確的數(shù)據(jù)采集和控制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
• 數(shù)據(jù)記錄：在需要長(zhǎng)期記錄數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，低功耗特性可延長(zhǎng)電池壽命。
• 能源管理：幫助監(jiān)測(cè)和管理能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
• 患者監(jiān)測(cè)：提供高精度的生理信號(hào)采集，保障醫(yī)療設(shè)備的可靠性。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：適用于各種數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景，滿足不同的采樣需求。
• 觸摸屏：實(shí)現(xiàn)觸摸信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換，提升用戶體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電源和接地

• 為了獲得最佳性能，應(yīng)使用印刷電路板（PC），確保模擬和數(shù)字走線的適當(dāng)分離。
• 采用單獨(dú)的模擬和數(shù)字PC板接地部分，通過一個(gè)星點(diǎn)連接兩個(gè)接地系統(tǒng)，以降低噪聲。
• 對(duì)VDD進(jìn)行旁路處理，使用0.1μF和4.7μF的并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)，盡可能靠近器件的電源引腳，以減少電源噪聲的影響。

參考電壓

• 可使用內(nèi)部或外部參考電壓。使用內(nèi)部參考時(shí)，需在REF和GND之間連接至少4.7μF的電容，以減少參考噪聲和開關(guān)尖峰；在REFADJ和GND之間連接0.01μF的電容，進(jìn)一步降低噪聲。
• 使用外部參考時(shí)，可將其連接到REF或REFADJ。若連接到REF，需將REFADJ連接到VDD以禁用內(nèi)部參考緩沖器。

采樣率

在運(yùn)行最大時(shí)鐘頻率4.8MHz時(shí)，通過每19個(gè)時(shí)鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)250ksps的指定吞吐量。若要實(shí)現(xiàn)高達(dá)300ksps的吞吐量，可采用先寫入控制字開始下一次轉(zhuǎn)換的采集周期，再從總線讀取上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法，但需注意數(shù)據(jù)總線切換可能帶來的額外電源噪聲。

總結(jié)

MAX1261/MAX1263以其高精度、低功耗、靈活的配置和小尺寸封裝等特性，成為電池供電和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用以及對(duì)功耗和空間要求較高的電路的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理考慮電源、接地、參考電壓和采樣率等因素，能夠充分發(fā)揮這兩款A(yù)DC的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。