探索MAX1246/MAX1247：高性能低功耗4通道12位串行ADC

在電子設(shè)計的領(lǐng)域中，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入了解一下MAXIM公司推出的兩款優(yōu)秀產(chǎn)品——MAX1246和MAX1247，這兩款12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在性能和功耗方面都有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1246和MAX1247將4通道多路復(fù)用器、高帶寬跟蹤/保持電路和串行接口集于一身，具備高轉(zhuǎn)換速度和低功耗的特點。MAX1246采用+2.7V至+3.6V單電源供電，而MAX1247則可在+2.7V至+5.25V的單電源下工作。它們的模擬輸入可通過軟件配置，支持單極性/雙極性以及單端/差分操作。

這兩款器件的4線串行接口能夠直接與SPI?/QSPI?和MICROWIRE?設(shè)備連接，無需外部邏輯。此外，串行選通輸出還允許直接連接到TMS320系列數(shù)字信號處理器。它們既可以使用內(nèi)部時鐘，也能采用外部串行接口時鐘來進(jìn)行逐次逼近式的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

二、產(chǎn)品特性

（一）輸入通道

提供4通道單端或2通道差分輸入，滿足不同的應(yīng)用需求。

（二）電源與參考

• 電源范圍：MAX1246為+2.7V至+3.6V，MAX1247為+2.7V至+5.25V。
• 參考電壓：MAX1246具有內(nèi)部2.5V參考電壓，而MAX1247則需要外部參考。兩者都配備了參考緩沖放大器，電壓調(diào)節(jié)范圍為±1.5%。

（三）低功耗設(shè)計

在不同的采樣速率下，功耗表現(xiàn)優(yōu)異。例如，在133ksps、3V電源時，電流僅為1.2mA；在1ksps、3V電源時，降至54μA；處于掉電模式時，更是低至1μA。

（四）接口兼容性

與SPI/QSPI/MICROWIRE/TMS320兼容的4線串行接口，方便與各種設(shè)備進(jìn)行連接。

（五）輸入模式配置

軟件可配置單極性或雙極性輸入，增加了使用的靈活性。

（六）封裝形式

采用16引腳QSOP封裝，占用的電路板面積與8引腳SO封裝相同，節(jié)省空間。

三、電氣特性

（一）直流精度

分辨率為12位，不同型號的相對精度有所差異，如MAX124_A的積分非線性（INL）為±0.5 LSB，MAX124_B為±1.0 LSB，MAX1247C為±2.0 LSB。且無丟失碼，微分非線性（DNL）在±0.8至±1 LSB之間。

（二）動態(tài)特性

在10kHz正弦波輸入、0V至2.500Vp-p、133ksps、2.0MHz外部時鐘、雙極性輸入模式下，信號與噪聲加失真比（SINAD）可達(dá)70 - 73dB，總諧波失真（THD）低至 - 80dB至 - 88dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）為80 - 90dB。通道間串?dāng)_在65kHz、2.500VP-P時為 - 85dB，小信號帶寬為2.25MHz，全功率帶寬為1.0MHz。

（三）轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換時間取決于時鐘模式和條件，在不同情況下有所不同。例如，內(nèi)部時鐘、SHDN = FLOAT時為5.5 - 7.5μs，內(nèi)部時鐘、SHDN = VDD時為35 - 65μs。跟蹤/保持采集時間為1.5μs，孔徑延遲為30ns，孔徑抖動小于50ps。

（四）輸入與參考

• 模擬輸入：輸入電壓范圍可根據(jù)單端/差分以及單極性/雙極性模式進(jìn)行配置。單端單極性時為0至VREF，雙極性時為±VREF / 2。
• 內(nèi)部參考（僅MAX1246）：VREF輸出電壓在2.480至2.520V之間，短路電流為30mA，溫度系數(shù)在不同型號中有不同的范圍。外部參考也有相應(yīng)的輸入電壓范圍、電流和電阻等參數(shù)。

四、工作原理

（一）偽差分輸入

在單端模式下，IN+內(nèi)部連接到CH0 - CH3，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從CH0/CH1和CH2/CH3兩對中選擇。輸入多路復(fù)用器在采集和轉(zhuǎn)換階段進(jìn)行切換，通過電容DAC的調(diào)整來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。

（二）跟蹤/保持

跟蹤/保持電路在控制字的特定位時鐘輸入后進(jìn)入跟蹤和保持模式。采集時間與輸入信號的源阻抗有關(guān)，計算公式為 (t{ACQ}=9 timesleft(RS{S}+R{IN}right) × 16 pF)（ (R{IN}=9 k Omega) ），且不小于1.5μs。

（三）輸入帶寬

輸入跟蹤電路具有2.25MHz的小信號帶寬，可通過欠采樣技術(shù)對高速瞬態(tài)事件和高頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號混疊。

（四）模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管可防止通道輸入引腳在AGND - 0.3V至VDD + 0.3V范圍內(nèi)損壞，但在接近滿量程轉(zhuǎn)換時，輸入電壓不應(yīng)超過VDD 50mV或低于AGND 50mV。

五、使用方法

（一）啟動轉(zhuǎn)換

通過將控制字節(jié)時鐘輸入到DIN來啟動轉(zhuǎn)換。在CS為低電平時，SCLK的每個上升沿將DIN的一位時鐘輸入到內(nèi)部移位寄存器?？刂谱止?jié)的格式包含通道選擇、單極性/雙極性模式、時鐘和掉電模式等信息。

（二）簡單軟件接口

確保CPU的串行接口運行在主模式下，選擇100kHz至2MHz的時鐘頻率。按照特定的步驟進(jìn)行操作，包括設(shè)置控制字節(jié)、拉低CS、傳輸和接收字節(jié)等，最終完成轉(zhuǎn)換并獲得結(jié)果。

（三）時鐘模式

• 外部時鐘模式：外部時鐘不僅用于數(shù)據(jù)的移位，還驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平一個時鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)果在后續(xù)的12個SCLK下降沿輸出。
• 內(nèi)部時鐘模式：MAX1246/MAX1247內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時鐘，SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時變低，完成時變高。轉(zhuǎn)換完成后，可通過SCLK將數(shù)據(jù)從內(nèi)部寄存器中時鐘輸出。

六、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1246/MAX1247適用于多種應(yīng)用場景，如便攜式數(shù)據(jù)記錄、醫(yī)療儀器、筆式數(shù)字化儀、數(shù)據(jù)采集、電池供電儀器和過程控制等。

在實際設(shè)計中，你認(rèn)為應(yīng)該如何根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的時鐘模式呢？又如何優(yōu)化輸入信號的源阻抗以提高ADC的性能呢？歡迎大家在評論區(qū)分享自己的經(jīng)驗和見解。希望本文能為電子工程師們在使用MAX1246/MAX1247時提供有價值的參考。