MAX190/MAX191：低功耗12位采樣ADC的卓越之選

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，我們將深入探討MAXIM公司推出的MAX190/MAX191這兩款低功耗、12位采樣ADC，它們具備內(nèi)部參考和掉電功能，為眾多應(yīng)用場(chǎng)景提供了出色的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

MAX190/MAX191是單芯片CMOS 12位ADC，具有差分輸入、跟蹤/保持（T/H）、內(nèi)部電壓參考、內(nèi)部或外部時(shí)鐘以及并行或串行uP接口等特性。它們的轉(zhuǎn)換時(shí)間均為7.5μs，但在采集時(shí)間和采樣率上有所不同。MAX190的采集時(shí)間為5μs，采樣率為76ksps；而MAX191的采集時(shí)間為2μs，采樣率保證達(dá)到100ksps。電源和參考僅需去耦電容作為外部組件，既可以使用外部參考，也可以使用具有調(diào)整輸入功能的內(nèi)部參考來(lái)修正系統(tǒng)增益誤差。

這兩款A(yù)DC都可以由單+5V電源供電，MAX191還能使用雙+5V電源，支持以地為參考的雙極性輸入信號(hào)。此外，它們都有邏輯掉電輸入，可將3mA的VDD電源電流降至最大50μA，包括內(nèi)部參考電流。

二、產(chǎn)品特性

高精度

• 分辨率：具備12位分辨率，線(xiàn)性度達(dá)到±1/2 LSB，能夠提供精確的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換。
• 動(dòng)態(tài)性能：在采樣率為76kHz（MAX190）和100kHz（MAX191）、輸入信號(hào)VIN為4Vp - p的條件下，信號(hào) - 噪聲加失真比（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，保證了良好的動(dòng)態(tài)性能。

低功耗

• 工作模式：工作電流僅為3mA，在掉電模式下電流可低至20μA，非常適合電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。

靈活的接口

• 三種接口模式：提供兩種8位并行模式和一種與SPI、QSPI和Microwire串行接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的串行接口模式，方便與不同的微處理器進(jìn)行連接。

多種封裝形式

• 24引腳封裝：有窄DIP和寬SO兩種封裝可供選擇，滿(mǎn)足不同的PCB布局需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX190/MAX191的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

• 電池供電數(shù)據(jù)記錄：低功耗特性使其非常適合在電池供電的設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。
• PC筆數(shù)字化儀：高精度的轉(zhuǎn)換能力能夠滿(mǎn)足PC筆數(shù)字化儀對(duì)精確位置檢測(cè)的需求。
• 高精度過(guò)程控制：為工業(yè)過(guò)程控制提供精確的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
• 機(jī)電系統(tǒng)：在機(jī)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。
• PC數(shù)據(jù)采集板：作為PC數(shù)據(jù)采集板的核心組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種模擬信號(hào)的采集和處理。
• 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)：為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供可靠的信號(hào)轉(zhuǎn)換，提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。
• 電信：在電信領(lǐng)域中用于信號(hào)處理和監(jiān)測(cè)。
• 數(shù)字信號(hào)處理（DSP）：為DSP系統(tǒng)提供高質(zhì)量的模擬輸入信號(hào)。

四、技術(shù)要點(diǎn)

采集時(shí)間

采集時(shí)間是T/H獲取輸入信號(hào)所需的時(shí)間，它取決于輸入電容的充電速度。如果輸入信號(hào)的源阻抗較高，采集時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，需要在轉(zhuǎn)換之間留出更多時(shí)間。采集時(shí)間的計(jì)算公式為：tACQ = 10(Rs + RIN)CHOLD（MAX190不少于5μs，MAX191不少于2μs），其中RIN對(duì)于MAX190為10kΩ，對(duì)于MAX191為2kΩ，Rs為輸入信號(hào)的源阻抗，CHOLD為32pF。

輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管將模擬輸入鉗位到VDD和GND，允許AIN + 在MAX190上從 - 0.3V到（VDD + 0.3V）擺動(dòng)，在MAX191上從（VSS - 0.3V）到（VDD + 0.3V）擺動(dòng)，而不會(huì)損壞ADC。但為了在滿(mǎn)量程附近實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)換，AIN + 不應(yīng)超過(guò)電源（MAX190的VDD和GND，MAX191的VDD和VSS）超過(guò)50mV，因?yàn)楸Ｗo(hù)二極管輕微正向偏置時(shí)會(huì)影響ADC的精度。

時(shí)鐘和控制同步

為了獲得最佳的模擬性能，時(shí)鐘應(yīng)與轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)（CS和RD）同步。至少100ns應(yīng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)始與最近的時(shí)鐘邊緣分開(kāi)，以確保CLK轉(zhuǎn)換不會(huì)耦合到模擬輸入并被T/H采樣。當(dāng)時(shí)鐘和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)同步時(shí)，時(shí)鐘饋通產(chǎn)生的誤差可以通過(guò)調(diào)整來(lái)消除。

異步模式

在MAX190的異步模式下，當(dāng)CLK和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)（CS和RD）不同步時(shí)，使用0.8MHz時(shí)鐘可實(shí)現(xiàn)全精度規(guī)格性能，確保最高有效位（MSB）決策有完整的625ns時(shí)間。當(dāng)時(shí)鐘頻率大于0.8MHz時(shí)，MSB決策時(shí)間可能小于625ns，這可能導(dǎo)致中量程的線(xiàn)性誤差。

五、掉電模式與初始化

在一些電池供電系統(tǒng)中，在非活動(dòng)期間對(duì)ADC進(jìn)行掉電或斷電是很有必要的。要使MAX190/MAX191掉電，只需將PD引腳拉低。在這種模式下，除參考外，所有內(nèi)部ADC電路都關(guān)閉，ADC的最大功耗小于50μA。上電初始化時(shí)，進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換并忽略數(shù)據(jù)輸出即可。

六、內(nèi)部參考與補(bǔ)償

內(nèi)部參考

內(nèi)部4.096V參考可在VREF引腳獲得，必須使用一個(gè)4.7μF低ESR電容（小于1/2Ω）與一個(gè)0.1μF電容并聯(lián)旁路到AGND，除非使用內(nèi)部參考補(bǔ)償模式。這樣可以最小化噪聲并在高頻下保持低參考阻抗。當(dāng)使用外部參考時(shí)，可通過(guò)將REFADJ連接到VDD來(lái)禁用參考輸出。

參考補(bǔ)償模式

MAX190/MAX191可以通過(guò)選擇內(nèi)部或外部參考補(bǔ)償來(lái)優(yōu)化特定轉(zhuǎn)換率下的掉電性能。

• 內(nèi)部補(bǔ)償：內(nèi)部補(bǔ)償連接如圖所示，在這種模式下，參考能快速穩(wěn)定，ADC重新激活（PD拉高）后通常在35μs內(nèi)開(kāi)始轉(zhuǎn)換。但參考緩沖器從SAR瞬變中恢復(fù)的時(shí)間較長(zhǎng)，因此需要較慢的時(shí)鐘（和轉(zhuǎn)換時(shí)間），典型轉(zhuǎn)換時(shí)間會(huì)上升到25μs。

七、總結(jié)

MAX190/MAX191以其高精度、低功耗、靈活的接口和多種封裝形式，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇合適的工作模式和參數(shù)，以充分發(fā)揮這兩款A(yù)DC的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類(lèi)似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。