MAX186/MAX188：低功耗8通道12位串行ADC的全方位解析

在當(dāng)今電子設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)采集精度、功耗和集成度要求日益提高的背景下，選擇一款合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）至關(guān)重要。MAX186/MAX188作為Maxim Integrated推出的低功耗、8通道、12位串行ADC，憑借其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中脫穎而出。今天，我們就來(lái)深入剖析這款A(yù)DC的特性、工作原理及應(yīng)用要點(diǎn)，為電子工程師們的設(shè)計(jì)工作提供有益參考。

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產(chǎn)品概述

MAX186/MAX188是集8通道多路復(fù)用器、高帶寬跟蹤/保持（T/H）電路和串行接口于一體的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它具有高轉(zhuǎn)換速度和超低功耗的特點(diǎn)，可在單+5V電源或雙±5V電源下工作，模擬輸入支持軟件配置單極性/雙極性以及單端/差分模式。其4線串行接口可直接連接SPI、QSPI?和MICROWIRE?設(shè)備，無(wú)需外部邏輯。此外，還提供串行選通輸出，可直接連接TMS320系列數(shù)字信號(hào)處理器。

特性亮點(diǎn)

輸入通道配置靈活

具備8通道單端或4通道差分輸入，能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)模擬信號(hào)采集的需求。無(wú)論是單端信號(hào)的采集，還是差分信號(hào)的處理，MAX186/MAX188都能穩(wěn)定應(yīng)對(duì)。

電源適應(yīng)性強(qiáng)

支持單+5V或±5V電源供電，方便與各種電源系統(tǒng)集成，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的靈活性。

低功耗優(yōu)勢(shì)顯著

在工作模式下電流僅為1.5mA，而在掉電模式下更是低至2μA。通過(guò)在每次轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉設(shè)備，可將電源電流降低至10μA以下，大大延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

內(nèi)部資源豐富

集成了內(nèi)部跟蹤/保持電路，采樣率可達(dá)133kHz。MAX186還內(nèi)置了4.096V參考電壓，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

接口兼容性好

SPI、QSPI、MICROWIRE和TMS320兼容的4線串行接口，方便與各種微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行通信，降低了系統(tǒng)集成的難度。

封裝形式多樣

提供20引腳PDIP、SO和SSOP封裝，其中SSOP封裝比8引腳PDIP占用面積減少30%，適用于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

電氣特性詳解

直流精度

分辨率為12位，不同等級(jí)的相對(duì)精度、失調(diào)誤差和增益誤差有所差異。例如，MAX186A/MAX188A的相對(duì)精度可達(dá)±0.5 LSB，為高精度的數(shù)據(jù)采集提供了保障。

動(dòng)態(tài)指標(biāo)

在10kHz正弦波輸入、4.096V P-P、133ksps采樣率和2.0MHz外部時(shí)鐘的條件下，信號(hào)與噪聲和失真比（SINAD）可達(dá)70dB，總諧波失真（THD）低至 -80dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為80dB，通道間串?dāng)_為 -85dB，確保了在動(dòng)態(tài)信號(hào)采集時(shí)的準(zhǔn)確性。

其他特性

小信號(hào)帶寬為4.5MHz，全功率帶寬為800kHz，具備較快的信號(hào)響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換時(shí)間根據(jù)時(shí)鐘模式和配置不同而有所變化，內(nèi)部時(shí)鐘模式下為5.5μs，外部時(shí)鐘模式下（2MHz，12個(gè)時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換周期）為1.5μs。

工作原理剖析

逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX186/MAX188采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過(guò)輸入跟蹤/保持（T/H）電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電容DAC不斷調(diào)整，使比較器輸入端的節(jié)點(diǎn)ZERO恢復(fù)到0V，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字化。

偽差分輸入模式

在差分模式下，IN-和IN+可從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7通道對(duì)中選擇。不過(guò)，這種配置是偽差分的，僅對(duì)IN+處的信號(hào)進(jìn)行采樣。為保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換期間，IN-相對(duì)于AGND的變化需保持在±0.5LSB（最佳結(jié)果為±0.1LSB）以內(nèi)，可通過(guò)連接一個(gè)0.1μF的電容從AIN-到AGND來(lái)實(shí)現(xiàn)。

跟蹤/保持功能

T/H電路在8位控制字的第5位移入后的下降時(shí)鐘沿進(jìn)入跟蹤模式，第8位移入后的下降時(shí)鐘沿進(jìn)入保持模式。輸入信號(hào)的采集時(shí)間與輸入電容的充電速度有關(guān)，當(dāng)輸入信號(hào)源阻抗較高時(shí)，采集時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，需要在轉(zhuǎn)換之間留出足夠的時(shí)間。采集時(shí)間可通過(guò)公式 (t{AZ}=9 timesleft(R{S}+R{IN}right) × 16 pF) 計(jì)算，其中 (R{IN}=5 k Omega) ， (R{S}) 為輸入信號(hào)源阻抗，且 (t{A Z}) 不小于1.5μs。

應(yīng)用要點(diǎn)

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò)向DIN輸入控制字節(jié)來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在CS為低電平的情況下，SCLK的上升沿將DIN的位時(shí)鐘輸入到內(nèi)部移位寄存器。第一個(gè)邏輯“1”位定義為控制字節(jié)的MSB，在該“啟動(dòng)”位到來(lái)之前，輸入的邏輯“0”位無(wú)實(shí)際作用。

時(shí)鐘模式選擇

可選擇內(nèi)部時(shí)鐘或外部時(shí)鐘進(jìn)行逐次逼近轉(zhuǎn)換。外部時(shí)鐘模式下，外部時(shí)鐘不僅用于數(shù)據(jù)的移位，還驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟；內(nèi)部時(shí)鐘模式下，MAX186/MAX188內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)，且轉(zhuǎn)換結(jié)果可在處理器方便的時(shí)候讀取。

掉電模式

提供軟件和硬件兩種掉電模式，可在轉(zhuǎn)換之間將設(shè)備置于低電流關(guān)斷狀態(tài)以節(jié)省功耗。軟件掉電通過(guò)控制字節(jié)的PD1和PD0位實(shí)現(xiàn)，硬件掉電則通過(guò)將SHDN引腳拉低來(lái)完成。不同的掉電模式和參考緩沖器補(bǔ)償模式會(huì)影響上電延遲和最大采樣率，需根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

參考電壓

MAX186可使用內(nèi)部或外部參考電壓，而MAX188需要外部參考電壓。在使用外部參考電壓時(shí)，需注意其輸入阻抗、負(fù)載能力和輸出噪聲等參數(shù)，必要時(shí)可使用4.7μF電容進(jìn)行旁路。

布局與接地

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，并將數(shù)字和模擬信號(hào)線分開布線，避免平行或交叉。建立單點(diǎn)模擬接地（“星型”接地點(diǎn)），將所有模擬地和DGND連接到該點(diǎn)，以減少噪聲干擾。同時(shí)，使用0.1μF和4.7μF旁路電容對(duì)電源進(jìn)行旁路，縮短電容引腳長(zhǎng)度，提高電源噪聲抑制能力。

應(yīng)用案例

便攜式數(shù)據(jù)記錄

憑借低功耗和多通道采集能力，MAX186/MAX188非常適合用于便攜式數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。在電池供電的情況下，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地采集和記錄多個(gè)模擬信號(hào)，如溫度、壓力、濕度等。

高精度過(guò)程控制

其高分辨率和高精度的特性，使其能夠滿足高精度過(guò)程控制應(yīng)用的要求。通過(guò)準(zhǔn)確采集模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的精確控制。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，需要快速、準(zhǔn)確地采集多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的模擬信號(hào)。MAX186/MAX188的高速轉(zhuǎn)換和多通道輸入功能，能夠滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集速度和通道數(shù)量的需求。

總結(jié)

MAX186/MAX188低功耗、高集成度、靈活的配置和良好的兼容性，為電子工程師在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在電池供電的便攜式設(shè)備，還是對(duì)精度要求較高的工業(yè)控制和測(cè)試系統(tǒng)中，都能發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求，合理選擇時(shí)鐘模式、掉電模式和參考電壓，同時(shí)注意電路板的布局和接地，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助工程師們更好地理解和應(yīng)用MAX186/MAX188這款優(yōu)秀的ADC產(chǎn)品。你在使用類似ADC產(chǎn)品時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。