MAX1497/MAX1499：3.5 - 和4.5 - 位單芯片ADC與LED驅(qū)動及微控制器接口

在電子設計領域，高精度、低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一直是工程師們關注的焦點。今天我們要介紹的MAX1497/MAX1499就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，它集3.5 - 和4.5 - 位ADC、LED驅(qū)動以及微控制器接口于一身，為數(shù)字面板儀表、手持儀表等應用提供了強大的解決方案。

文件下載：MAX1497EAI+T.pdf

產(chǎn)品概述

MAX1497/MAX1499是低功耗的3.5 - 和4.5 - 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成了發(fā)光二極管（LED）驅(qū)動，可在2.7V至5.25V的單電源下工作。它們內(nèi)置了參考電壓、高精度片上振蕩器和多路復用LED顯示驅(qū)動器，內(nèi)部電荷泵可為單電源操作提供負電源，為集成輸入緩沖器供電。

MAX1497為3.5 - 位（±1999計數(shù)）設備，MAX1499為4.5 - 位（±19,999計數(shù)）設備。這兩款產(chǎn)品無需外部精密積分電容、自動調(diào)零電容、晶體振蕩器、電荷泵或其他雙斜率ADC所需的電路，并且具有片上緩沖器，可直接與高阻抗信號源接口。此外，它們還采用連續(xù)內(nèi)部偏移校準，對50Hz和60Hz線路噪聲的抑制能力超過100dB，具備數(shù)據(jù)保持、峰值檢測、過范圍和欠范圍檢測以及用戶可編程低電池監(jiān)測等功能。

產(chǎn)品特性

高分辨率

• MAX1499：4.5位（±19,999計數(shù)）
• MAX1497：3.5位（±1999計數(shù)）

Sigma - Delta ADC架構

無需積分電容和自動調(diào)零電容，同時對50Hz和60Hz噪聲的抑制能力超過100dB。

單電源供電

可在2.7V至5.25V的單電源下工作。

可選輸入范圍

輸入范圍可選±200mV或±2V，參考電壓可選內(nèi)部2.048V或外部參考。

自動偏移校準

內(nèi)置自動偏移校準功能，確保測量的準確性。

低功耗

• 最大工作電流664μA
• 最大關斷電流268μA

封裝形式多樣

• MAX1499：32引腳、7mm x 7mm TQFP封裝
• MAX1497：28引腳SSOP和28引腳PDIP封裝

多路復用LED驅(qū)動

電阻可編程段電流，SPI - /QSPI - /MICROWIRE兼容串行接口。

寬溫度范圍

工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

電氣特性

直流精度

• 無噪聲分辨率：MAX1499為 - 19,999至 + 19,999計數(shù)，MAX1497為 - 1999至 + 1999計數(shù)。
• 積分非線性（INL）：在2.000V和200mV范圍內(nèi)均為±1計數(shù)。
• 范圍變化比：200mV范圍和2.0V范圍下為10:1。
• 翻轉(zhuǎn)誤差：滿量程輸入時為±1計數(shù)。
• 輸出噪聲：典型值為10μV P - P。
• 偏移誤差：零輸入讀數(shù)為0。
• 增益誤差：±0.5% FSR。
• 偏移漂移：零讀數(shù)漂移為0.1μV/°C。
• 增益漂移：±1ppm/°C。

輸入轉(zhuǎn)換速率

• 外部時鐘頻率：4.9152MHz
• 外部時鐘占空比：40 - 60%
• 轉(zhuǎn)換速率：內(nèi)部時鐘模式下為5Hz，外部時鐘（fCLK = 4.9152MHz）時也為5Hz。

模擬輸入

• 輸入電壓范圍：RANGE位為0時為 - 2.0至 + 2.0V，RANGE位為1時為 - 0.2至 + 0.2V。
• 絕對輸入電壓范圍： - 2.2至 + 2.2V。
• 50Hz和60Hz正常模式噪聲抑制：內(nèi)部時鐘模式和外部時鐘模式（fCLK = 4.9152MHz）下均為±2%，抑制能力為100 - 120dB。
• 50Hz和60Hz共模噪聲抑制：對于50Hz和60Hz ±2%，RSOURCE < 10kΩ時為150dB，直流時為100dB。
• 輸入泄漏電流：10nA
• 輸入電容：10pF
• 平均動態(tài)輸入電流： - 20至 + 20nA

低電池電壓監(jiān)測（僅MAX1499）

• 觸發(fā)閾值：2.048V
• 泄漏電流：10pA
• 滯后：20mV

內(nèi)部參考

• 輸出電壓：AVDD = VDD = 5V時為2.007 - 2.089V
• 輸出短路電流：1mA
• 輸出溫度系數(shù)：40ppm/°C
• 負載調(diào)節(jié)：6mV/μA
• 線路調(diào)節(jié)：50μV/V
• 噪聲電壓：0.1Hz至10Hz為400μV P - P，10Hz至10kHz為25μV P - P

外部參考

• 輸入電壓差分：2.048V
• 絕對輸入電壓范圍： - 2.2至 + 2.2V
• 50Hz和60Hz正常模式噪聲抑制：內(nèi)部時鐘模式和外部時鐘模式（fCLK = 4.9152MHz）下均為±2%，抑制能力為100 - 120dB。
• 50Hz和60Hz共模噪聲抑制：對于50Hz和60Hz ±2%，RSOURCE < 10kΩ時為150dB，直流時為100dB。
• 輸入泄漏電流：10nA
• 輸入電容：10pF
• 平均動態(tài)輸入電流： - 20至 + 20nA

電荷泵

輸出電壓： - 2.60至 - 2.30V

數(shù)字輸入

• 輸入電流： - 10至 + 10μA
• 輸入低電壓：MAX1499為0.3 x DVDD，MAX1497為0.3 x VDD
• 輸入高電壓：MAX1499為0.7 x DVDD，MAX1497為0.7 x VDD
• 輸入滯后：200mV

數(shù)字輸出

• 輸出低電壓：0.4V
• 輸出高電壓：I SOURCE = 200μA時，MAX1499為0.8 x DVDD，MAX1497為0.8 x VDD
• 三態(tài)泄漏電流： - 1至 + 1μA
• 三態(tài)輸出電容：15pF

電源

• VDD電壓：MAX1497為2.70至5.25V，MAX1499為2.70至5.25V
• 電源抑制比：PSRR為80dB，PSRR A為80dB，PSRR D為100dB
• VDD電流：VDD = 5.25V時最大為744μA，VDD = 3.3V時為618 - 663μA，待機模式下為268 - 325μA
• AVDD電流：AVDD = 5.25V時最大為640μA，AVDD = 3.3V時為600μA，待機模式下為305μA
• DVDD電流：DVDD = 5V時最大為320μA，DVDD = 3.3V時為180μA，待機模式下為20μA
• LED驅(qū)動偏置電流：120μA

LED驅(qū)動

• LED電源電壓：2.70至5.25V
• LED關斷電源電流：10μA
• LED電源電流：七段和小數(shù)點開啟，R ISET = 25kΩ時為176mA
• 顯示掃描速率：MAX1499為512Hz，MAX1497為640Hz
• 段電流斜率：25mA/μs
• DIG電壓低：I DIG = 176mA時為0.178 - 0.300V
• 段驅(qū)動源電流匹配：±3 - ±10%
• 段驅(qū)動源電流：V LED - V SEG = 0.6V，R ISET = 25kΩ時為16 - 25.5mA
• 位間消隱時間：4μs

工作原理

模擬輸入保護

內(nèi)部保護二極管限制了模擬輸入范圍，MAX1499為VNEG至（AVDD + 0.3V），MAX1497為VNEG至（VDD + 0.3V）。若模擬輸入超出此范圍，需將輸入電流限制在10mA以內(nèi)。

內(nèi)部模擬輸入/參考緩沖器

允許使用高阻抗信號源，輸入緩沖器的共模輸入范圍使模擬輸入和參考電壓可在 - 2.2V至 + 2.2V之間。

調(diào)制器

采用單比特、三階Sigma - Delta調(diào)制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖序列，其平均占空比代表數(shù)字化信號信息。調(diào)制器以遠高于輸入帶寬的采樣率對輸入信號進行量化，并提供三階頻率整形，以減少量化噪聲。

數(shù)字濾波

內(nèi)置片上數(shù)字低通濾波器，采用SINC4響應處理調(diào)制器輸出的數(shù)據(jù)流。SINC4濾波器的建立時間為四個輸出數(shù)據(jù)周期（4 x 200ms），對50Hz和60Hz噪聲的抑制能力超過100dB。

時鐘模式

可配置為使用內(nèi)部振蕩器或外部時鐘驅(qū)動調(diào)制器和濾波器。設置控制寄存器中的EXTCLK位為0使用內(nèi)部時鐘，設置為1使用外部時鐘。

電荷泵

內(nèi)部電荷泵為內(nèi)部模擬輸入/參考緩沖器提供負電源，允許設備接受高源阻抗的負輸入。

LED驅(qū)動

MAX1499具有4.5位共陰極顯示驅(qū)動器，MAX1497具有3.5位共陰極顯示驅(qū)動器。LED更新速率為2.5Hz，可自動顯示ADC結果，也可通過串行接口獨立控制。

應用信息

串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE串行接口由片選（CS）、串行時鐘（SCLK）、數(shù)據(jù)輸入（DIN）、數(shù)據(jù)輸出（DOUT）和異步EOC輸出組成。EOC提供異步轉(zhuǎn)換結束信號，周期為200ms（fCLK = 4.9152MHz）。

片上寄存器

包含12個片上寄存器，用于配置設備的各種功能，可獨立讀取ADC結果并寫入LED顯示。

控制和狀態(tài)寄存器

• 命令字節(jié)：用于指定寄存器地址和讀寫操作。
• 狀態(tài)寄存器：包含轉(zhuǎn)換結果的狀態(tài)標志。
• 控制寄存器：設置LED顯示控制、范圍模式、電源模式、偏移校準和復位寄存器功能。
• 過范圍寄存器：設置模擬輸入的過范圍限制。
• 欠范圍寄存器：設置模擬輸入的欠范圍限制。
• LED段顯示寄存器：控制LED段的顯示。
• ADC自定義偏移校準寄存器：提供用戶自定義的偏移校準。
• ADC結果寄存器：存儲ADC轉(zhuǎn)換結果。
• LED數(shù)據(jù)寄存器：更新LED顯示數(shù)據(jù)。
• 峰值寄存器：存儲ADC轉(zhuǎn)換結果的峰值。

應用場景

• 應變計測量：將MAX1497/MAX1499的差分輸入連接到應變計的橋接網(wǎng)絡，可測量±200mV和±2V的模擬輸入電壓。
• 熱電偶測量：利用片上輸入緩沖器，可處理高源阻抗的熱電偶信號，并通過外部溫度傳感器進行冷端溫度補償。

設計建議

電源和布局

在施加模擬輸入和外部參考電壓之前，先對AVDD和DVDD（MAX1499）或VDD（MAX1497）進行上電。若無法做到，需將這些輸入的電流限制在50mA以內(nèi)。當模擬和數(shù)字電源來自同一源時，使用低值電阻（10Ω）或鐵氧體磁珠隔離數(shù)字電源和模擬電源。將MAX1497/MAX1499接地到電路板的模擬接地平面，避免在設備下方運行數(shù)字線路，以減少數(shù)字噪聲的耦合。

去耦

使用0.1μF陶瓷電容對電源進行去耦，將這些組件盡可能靠近設備放置，以實現(xiàn)最佳去耦效果。

段電流選擇

通過ISET到地的電阻設置每個LED段的電流，可使用公式(I{SEG}=(frac{1.25V}{R{ISET}})×400)進行計算。

選擇電源電壓以最小化功耗

當使用至少3.0V的電源電壓時，MAX1497/MAX1499可向LED驅(qū)動25.5mA的峰值電流。為確保驅(qū)動有足夠的余量，需根據(jù)LED的正向電壓降選擇合適的電源電壓。

總結

MAX1497/MAX1499是一款功能強大、性能優(yōu)越的單芯片ADC，具有高分辨率、低功耗、寬溫度范圍等優(yōu)點，適用于各種數(shù)字儀表和測量應用。在設計過程中，工程師們需根據(jù)具體需求合理選擇輸入范圍、參考電壓、時鐘模式等參數(shù)，并注意電源、布局和去耦等方面的設計，以確保設備的穩(wěn)定運行和高精度測量。你在使用這類ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。