探索MAX146/MAX147：低功耗8通道12位串行ADC的卓越性能

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討的是Maxim公司的MAX146/MAX147，這兩款+2.7V低功耗、8通道、串行12位ADC，它們?cè)诒姸鄳?yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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1. 產(chǎn)品概述

MAX146/MAX147是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了8通道多路復(fù)用器、高帶寬跟蹤/保持電路和串行接口，具備高轉(zhuǎn)換速度和低功耗的特點(diǎn)。其中，MAX146工作于+2.7V至+3.6V單電源，而MAX147則可在+2.7V至+5.25V單電源下工作。這兩款器件的模擬輸入可通過軟件配置為單極性/雙極性以及單端/差分操作模式。

它們采用4線串行接口，可直接與SPI?/QSPI?和MICROWIRE?設(shè)備連接，無需外部邏輯。串行選通輸出還能直接連接到TMS320系列數(shù)字信號(hào)處理器。此外，MAX146/MAX147可使用內(nèi)部時(shí)鐘或外部串行接口時(shí)鐘進(jìn)行逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 輸入通道與模式

• 多通道輸入：提供8通道單端或4通道差分輸入，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的信號(hào)采集需求。
• 軟件配置：模擬輸入可軟件配置為單極性或雙極性模式，靈活適應(yīng)各種信號(hào)類型。

2.2 電源與功耗

• 單電源供電：MAX146工作電壓范圍為+2.7V至+3.6V，MAX147為+2.7V至+5.25V，方便與不同電源系統(tǒng)集成。
• 低功耗設(shè)計(jì)：在不同采樣率下，功耗表現(xiàn)出色。例如，在133ksps、3V電源時(shí)，電流為1.2mA；在1ksps、3V電源時(shí)，電流僅為54μA；在掉電模式下，電流低至1μA。

2.3 接口兼容性

• 串行接口：4線串行接口與SPI/QSPI/MICROWIRE/TMS320兼容，便于與各種微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器連接。

2.4 封裝形式

提供20引腳DIP和SSOP封裝，方便不同的PCB布局和安裝需求。

3. 電氣特性

3.1 直流精度

• 分辨率：12位分辨率，能夠精確地將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
• 相對(duì)精度：不同型號(hào)的相對(duì)精度有所差異，如MAX14_A的INL為±0.5 LSB，MAX14_B為±1.0 LSB，MAX147C為±2.0 LSB。
• 無失碼：保證了12位的無失碼性能，確保轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 動(dòng)態(tài)特性

• 信號(hào)噪聲比：在10kHz正弦波輸入、133ksps采樣率、2.0MHz外部時(shí)鐘、雙極性輸入模式下，MAX14_A/MAX14_B的SINAD為70 - 73dB，MAX147C為73dB。
• 總諧波失真：THD在不同型號(hào)下表現(xiàn)良好，如MAX14_A/MAX14_B的THD在5次諧波以內(nèi)可達(dá) - 88至 - 80dB，MAX147C為 - 88dB。
• 無雜散動(dòng)態(tài)范圍：SFDR方面，MAX14_A/MAX14_B為80 - 90dB，MAX147C為90dB。

3.3 轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換時(shí)間根據(jù)不同的時(shí)鐘模式和條件有所不同。例如，內(nèi)部時(shí)鐘、SHDN = FLOAT時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為5.5 - 7.5μs；內(nèi)部時(shí)鐘、SHDN = VDD時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為35 - 65μs；外部時(shí)鐘 = 2MHz、12時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為6μs。

4. 工作原理與應(yīng)用

4.1 偽差分輸入

ADC的模擬比較器采樣架構(gòu)采用偽差分輸入。在單端模式下，IN+內(nèi)部連接到CH0 - CH7，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5、CH6/CH7中選擇。在轉(zhuǎn)換過程中，輸入信號(hào)通過跟蹤/保持電路進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。

4.2 跟蹤/保持

跟蹤/保持電路在控制字的第5位移入后進(jìn)入跟蹤模式，第8位移入后進(jìn)入保持模式。其采集時(shí)間與輸入信號(hào)的源阻抗有關(guān)，計(jì)算公式為 (tACQ = 9 times (RS + RIN) × 16 pF)，其中 (RIN = 9 kΩ)，RS為輸入信號(hào)的源阻抗，且tACQ不小于1.5μs。

4.3 應(yīng)用場(chǎng)景

• 便攜式數(shù)據(jù)記錄：低功耗特性使其適合用于便攜式設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和記錄。
• 醫(yī)療儀器：高精度和低功耗滿足醫(yī)療設(shè)備對(duì)信號(hào)采集的要求。
• 電池供電儀器：低功耗設(shè)計(jì)延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
• 筆式數(shù)字化儀：能夠準(zhǔn)確采集模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)換。
• 過程控制：可用于工業(yè)過程中的信號(hào)監(jiān)測(cè)和控制。

5. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 電源與接地

• 電源旁路：為了減少電源噪聲對(duì)ADC的影響，需要在VDD引腳附近使用0.1μF和1μF的電容進(jìn)行旁路。
• 接地設(shè)計(jì)：采用單點(diǎn)模擬接地（星型接地），將模擬地和數(shù)字地分開，減少干擾。

5.2 時(shí)鐘模式選擇

• 外部時(shí)鐘模式：適用于需要精確控制轉(zhuǎn)換速度的應(yīng)用，但要求串行時(shí)鐘頻率不低于100kHz，且避免時(shí)鐘中斷導(dǎo)致轉(zhuǎn)換間隔超過120μs。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：MAX146/MAX147內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)，可在0MHz至2MHz的任意時(shí)鐘速率下讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5.3 參考電壓

• 內(nèi)部參考（MAX146）：MAX146具有內(nèi)部2.5V參考，可通過REFADJ引腳進(jìn)行±1.5%的電壓調(diào)整。
• 外部參考：MAX147需要外部參考，可將外部參考連接到VREF或REFADJ引腳。外部參考的溫度系數(shù)應(yīng)不超過4ppm/°C，以確保在0°C至+70°C的商業(yè)溫度范圍內(nèi)達(dá)到1LSB的精度。

6. 總結(jié)

MAX146/MAX147作為低功耗、高集成度的8通道12位串行ADC，在性能和靈活性方面表現(xiàn)出色。其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景使其成為電子工程師在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇電源、時(shí)鐘模式和參考電壓，以及優(yōu)化PCB布局和接地設(shè)計(jì)，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)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。