MAX192：低功耗8通道串行10位ADC的卓越性能與應(yīng)用

一、引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）作為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件，其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天我們要介紹的MAX192，就是一款具有出色性能的低功耗8通道串行10位ADC，它在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX192是一款低成本的10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。它具有高轉(zhuǎn)換速度和超低功耗的特點(diǎn)，采用單 +5V 電源供電。模擬輸入可通過(guò)軟件配置為單端和差分（單極性/雙極性）操作模式。

2.2 接口優(yōu)勢(shì)

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。串行選通輸出允許直接連接TMS320系列數(shù)字信號(hào)處理器。使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，串行接口的工作頻率可超過(guò)4MHz。

2.3 參考電壓

MAX192擁有內(nèi)部4.096V參考電壓，典型漂移為±30ppm。參考緩沖放大器簡(jiǎn)化了增益調(diào)整，兩個(gè)亞LSB可減少量化誤差。

2.4 電源管理

提供硬連線SHDN引腳和兩種軟件可選的掉電模式。訪問(wèn)串行接口會(huì)自動(dòng)喚醒設(shè)備，快速開(kāi)啟時(shí)間允許在轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉設(shè)備，在降低采樣率時(shí)，電源電流可降至10μA以下。

2.5 封裝形式

提供20引腳DIP、SO和SSOP封裝，其中SSOP封裝比8引腳DIP占用面積小30%。數(shù)據(jù)格式與MAX186/MAX188硬件和軟件兼容。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

3.1 直流精度

• 分辨率：10位，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的精度需求。
• 相對(duì)精度：MAX192A為±1/2 LSB，MAX192B為±1 LSB。
• 差分非線性：無(wú)缺失碼，最大±1 LSB。
• 偏移誤差：最大±2 LSB。
• 增益誤差：外部參考4.096V時(shí)，最大±2 LSB。
• 增益溫度系數(shù)：外部參考4.096V時(shí)，典型±0.8 ppm/°C。
• 通道間偏移匹配：最大±0.1 LSB。

3.2 動(dòng)態(tài)特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型66 dB。
• 總諧波失真（THD）：最大 -70 dB。
• 無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：典型70 dB。
• 通道間串?dāng)_：65kHz，VIN = 4.096Vp - p時(shí)，最大 -75 dB。
• 小信號(hào)帶寬： -3dB滾降時(shí)，典型4.5 MHz。
• 滿功率帶寬：典型800 kHz。

3.3 轉(zhuǎn)換速率

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，5.5 - 10 μs；外部時(shí)鐘2MHz，12個(gè)時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換時(shí)，為6 μs。
• 跟蹤/保持采集時(shí)間：典型1.5 μs。
• 孔徑延遲：典型10 ns。
• 孔徑抖動(dòng)：典型 <50 ps。
• 內(nèi)部時(shí)鐘頻率：典型1.7 MHz。

3.4 其他參數(shù)

• 外部時(shí)鐘頻率：外部補(bǔ)償4.7μF時(shí)，0.1 - 2.0 MHz；內(nèi)部補(bǔ)償時(shí)，0.1 - 0.4 MHz；僅用于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為10 MHz。
• 模擬輸入電壓：共模范圍為0 - VDD，單端范圍（單極性）為0 - VREF。
• 多路復(fù)用器泄漏電流：最大±1 μA。
• 輸入電容：典型16 pF。

四、工作原理

4.1 轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX192采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字輸出。其靈活的串行接口便于與微處理器連接，無(wú)需外部保持電容。

4.2 偽差分輸入

在單端模式下，IN+ 內(nèi)部切換到CH0 - CH7，IN - 切換到AGND；在差分模式下，IN+ 和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7對(duì)中選擇。在差分模式下，只有IN+ 的信號(hào)被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對(duì)于AGND保持穩(wěn)定在±0.5LSB（最佳結(jié)果為±0.1LSB），可通過(guò)連接0.1μF電容到AGND來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.3 跟蹤/保持

T/H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，在第8位移入后的下降時(shí)鐘沿進(jìn)入保持模式。跟蹤/保持采集時(shí)間取決于輸入電容的充電速度，計(jì)算公式為 (t{AZ} = 9(R{S} + R{IN})16 pF)，其中 (R{IN} = 5 kΩ)，(R{S}) 為輸入信號(hào)的源阻抗，且 (t{AZ}) 不小于1.5μs。

4.4 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有4.5MHz的小信號(hào)帶寬，可使用欠采樣技術(shù)對(duì)高速瞬態(tài)事件進(jìn)行數(shù)字化，并測(cè)量帶寬超過(guò)ADC采樣率的周期性信號(hào)。為避免高頻信號(hào)混疊，建議使用抗混疊濾波。

4.5 模擬輸入范圍和輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管將模擬輸入鉗位到VDD和AGND，允許通道輸入引腳在AGND - 0.3V到VDD + 0.3V之間擺動(dòng)而不損壞。但為了在滿量程附近進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不得超過(guò)VDD 50mV或低于AGND 50mV。

五、應(yīng)用信息

5.1 應(yīng)用領(lǐng)域

MAX192廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、筆輸入系統(tǒng)、消費(fèi)電子、便攜式數(shù)據(jù)記錄、機(jī)器人、電池供電儀器、電池管理和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

5.2 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò)將控制字節(jié)時(shí)鐘輸入到DIN來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。CS低電平時(shí)，SCLK的每個(gè)上升沿將一位從DIN時(shí)鐘輸入到MAX192的內(nèi)部移位寄存器。CS下降后，第一個(gè)到達(dá)的邏輯“1”位定義控制字節(jié)的MSB。

5.3 數(shù)字輸出

單極性輸入模式下，輸出為直接二進(jìn)制；差分模式下的雙極性輸入，輸出為二進(jìn)制補(bǔ)碼。數(shù)據(jù)以MSB優(yōu)先格式在SCLK的下降沿時(shí)鐘輸出。

5.4 時(shí)鐘模式

• 外部時(shí)鐘模式：外部時(shí)鐘不僅用于數(shù)據(jù)移位，還驅(qū)動(dòng)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(gè)時(shí)鐘周期。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：MAX192內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，釋放微處理器運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)，允許以0 - 10MHz的時(shí)鐘速率讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5.5 電源管理

• 軟件掉電：通過(guò)控制字節(jié)的PD1和PD0位激活，ADC在轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)入低靜態(tài)電流狀態(tài)。
• 硬件掉電：SHDN引腳將轉(zhuǎn)換器置于完全掉電模式，轉(zhuǎn)換立即停止。

5.6 參考電壓

可使用內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考電壓的滿量程范圍為4.096V（單極性輸入）和±2.048V（差分雙極性輸入），可通過(guò)參考調(diào)整電路進(jìn)行±1.5%的調(diào)整。外部參考可連接到VREF或REFADJ引腳。

5.7 布局和接地

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，確保數(shù)字和模擬信號(hào)線相互分離。建立單點(diǎn)模擬接地（“星”形接地點(diǎn)），并使用旁路電容減少電源噪聲。

5.8 高速數(shù)字接口

MAX192可通過(guò)QSPI接口實(shí)現(xiàn)高吞吐量，還可與TMS320數(shù)字信號(hào)處理器接口，文中給出了具體的接口電路和操作步驟。

六、總結(jié)

MAX192作為一款低功耗、高性能的8通道串行10位ADC，憑借其豐富的功能和出色的性能，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分利用MAX192的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度、低功耗的模擬信號(hào)采集和處理。你在使用MAX192的過(guò)程中遇到過(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。