MAX1290/MAX1292：高性能12位ADC的深度解析

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，我們就來深入了解一下Maxim公司的兩款高性能12位ADC——MAX1290和MAX1292。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1290和MAX1292是低功耗、12位的ADC，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)部參考電壓以及高速字節(jié)并行接口等特性。它們采用單+5V模擬電源供電，VLOGIC引腳允許其直接與+2.7V至+5.5V的數(shù)字電源接口。在400ksps的最大采樣率下，功耗僅為10mW（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。

二、產(chǎn)品特性

2.1 高分辨率與線性度

具備12位分辨率，±0.5 LSB的線性度，能夠提供精確的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換。

2.2 靈活的電源與邏輯電平

單+5V電源供電，用戶可調(diào)節(jié)邏輯電平（+2.7V至+5.5V），適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.3 內(nèi)部參考電壓

內(nèi)置+2.5V參考電壓，方便使用，同時(shí)也支持外部參考電壓輸入。

2.4 軟件可配置輸入

軟件可配置的模擬輸入多路復(fù)用器，MAX1290支持8通道單端/4通道偽差分輸入，MAX1292支持4通道單端/2通道偽差分輸入。并且支持軟件配置單極性/雙極性模擬輸入。

2.5 低功耗設(shè)計(jì)

不同采樣率下電流消耗低，如400ksps時(shí)為2.5mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，關(guān)斷模式下僅為2μA。

2.6 高速接口與小封裝

采用字節(jié)并行（8 + 4）接口，方便與標(biāo)準(zhǔn)微處理器連接。MAX1290采用28引腳QSOP封裝，MAX1292采用24引腳QSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

三、電氣特性

3.1 絕對(duì)最大額定值

對(duì)各引腳的電壓范圍、功耗、溫度范圍等都有明確的限制，使用時(shí)需嚴(yán)格遵守，以避免器件損壞。例如，VDD和VLOGIC到GND的電壓范圍為 - 0.3V至+6V，不同封裝的連續(xù)功耗在不同溫度下有相應(yīng)的降額要求。

3.2 電氣參數(shù)

包括轉(zhuǎn)換時(shí)間、帶寬、串?dāng)_、失真等動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及相對(duì)精度、分辨率、偏移誤差、增益誤差等直流參數(shù)。例如，轉(zhuǎn)換時(shí)間在不同模式下有所不同，全功率帶寬為6MHz，全線性帶寬為350kHz。

四、工作原理

4.1 轉(zhuǎn)換技術(shù)

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。

4.2 單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內(nèi)部切換到相應(yīng)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。在轉(zhuǎn)換過程中，通過電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）調(diào)整，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。

4.3 模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管可使每個(gè)輸入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范圍內(nèi)擺動(dòng)而不損壞，但為保證精確轉(zhuǎn)換，輸入電壓不應(yīng)超過（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。

4.4 跟蹤保持階段

T/H階段在WR上升沿進(jìn)入跟蹤模式，在不同模式下進(jìn)入保持模式的條件不同。其獲取輸入信號(hào)的時(shí)間與輸入電容充電速度有關(guān)，可通過公式 (tACQ = 9(RS + RIN)CIN) 計(jì)算獲取時(shí)間。

4.5 輸入帶寬

T/H階段提供350kHz的全線性帶寬和6MHz的全功率帶寬，可通過欠采樣技術(shù)數(shù)字化高速瞬變和測(cè)量帶寬超過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、操作模式

5.1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過寫入控制字節(jié)選擇多路復(fù)用器通道并配置單極性或雙極性操作。控制字節(jié)中的ACQMOD位提供內(nèi)部和外部?jī)煞N信號(hào)獲取選項(xiàng)，轉(zhuǎn)換周期在內(nèi)部或外部時(shí)鐘及獲取模式下均為13個(gè)時(shí)鐘周期。

5.2 內(nèi)部獲取模式

將ACQMOD位清零（ACQMOD = 0）選擇內(nèi)部獲取模式，寫入脈沖啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)的獲取間隔，獲取間隔結(jié)束后開始轉(zhuǎn)換。內(nèi)部獲取與內(nèi)部時(shí)鐘結(jié)合時(shí)，孔徑抖動(dòng)可能高達(dá)200ps，若要達(dá)到50ps抖動(dòng)規(guī)格，建議使用外部獲取模式。

5.3 外部獲取模式

用于精確控制采樣孔徑和/或依賴控制獲取和轉(zhuǎn)換時(shí)間。用戶通過兩個(gè)單獨(dú)的寫入脈沖控制獲取和轉(zhuǎn)換開始。

5.4 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中斷信號(hào)INT用于標(biāo)志轉(zhuǎn)換結(jié)束和有效結(jié)果可用。INT在轉(zhuǎn)換完成且輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)變低，在第一次讀取周期或?qū)懭胄驴刂谱止?jié)時(shí)變高。

5.5 時(shí)鐘模式選擇

可選擇內(nèi)部或外部時(shí)鐘模式，通過控制位D6和D7進(jìn)行選擇。上電時(shí)，器件進(jìn)入默認(rèn)的外部時(shí)鐘模式。

六、應(yīng)用信息

6.1 上電復(fù)位

上電時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位電路使器件在外部時(shí)鐘模式下激活并將INT置高。電源穩(wěn)定后，內(nèi)部復(fù)位時(shí)間為10μs，使用內(nèi)部參考時(shí)，VREF穩(wěn)定需要500μs。

6.2 內(nèi)部和外部參考

可使用內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考提供+2.5V參考電壓，可進(jìn)行小范圍調(diào)整；外部參考可連接到REF或REFADJ。

6.3 掉電模式

為節(jié)省功耗，可在轉(zhuǎn)換之間將轉(zhuǎn)換器置于低電流關(guān)斷狀態(tài)。通過控制字節(jié)的D6和D7位選擇待機(jī)模式或關(guān)斷模式。待機(jī)模式下，電源電流典型值為1mA，WR上升沿上電即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換；關(guān)斷模式下，典型電源電流降至2μA，WR上升沿退出關(guān)斷模式，使用4.7μF參考旁路電容時(shí)，上電后需500μs達(dá)到12位精度，使用外部參考時(shí)僅需50μs。

6.4 傳輸函數(shù)

單極性和雙極性模式下有不同的滿量程電壓范圍，輸出編碼在單極性模式下為二進(jìn)制，雙極性模式下為二進(jìn)制補(bǔ)碼。

6.5 最大采樣率

在7.6MHz的最大時(shí)鐘頻率下，每19個(gè)時(shí)鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)400ksps的吞吐量，通過特定操作可將吞吐量提高到475ksps，但切換數(shù)據(jù)總線可能會(huì)引入額外的電源噪聲，影響12位性能。

6.6 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PCB），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，數(shù)字信號(hào)路徑不要布置在ADC封裝下方。使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地層，并通過單點(diǎn)連接。對(duì)電源進(jìn)行旁路處理，使用0.1μF和4.7μF的并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)，靠近電源引腳放置，必要時(shí)可添加衰減電阻。

七、總結(jié)

MAX1290和MAX1292以其高性能、低功耗、靈活的配置和小封裝等特點(diǎn)，非常適合電池供電和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，以及對(duì)功耗和空間要求較高的其他電路。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇和使用這兩款A(yù)DC，同時(shí)注意布局、接地和旁路等方面的設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。