MAX1112/MAX1113：低功耗多通道串行8位ADC的詳細(xì)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)字世界的重要橋梁。MAX1112/MAX1113作為MAXIM推出的+5V低功耗、多通道、串行8位ADC，以其出色的性能和靈活的配置，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

1. 關(guān)鍵特性

MAX1112/MAX1113具備內(nèi)部跟蹤/保持電路、電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘和串行接口，工作在4.5V至5.5V單電源下。在50ksps采樣率時(shí)，功耗僅135μA；在1ksps時(shí)，功耗可低至13μA。其中，MAX1112有8通道單端或4通道差分輸入，MAX1113有4通道單端或2通道差分輸入。它們還支持SPI、QSPI、MICROWIRE等串行接口標(biāo)準(zhǔn)，且軟件可配置單極性或雙極性輸入，總未調(diào)整誤差最大為±1 LSB（典型值±0.3 LSB）。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于便攜式數(shù)據(jù)記錄、手持測量設(shè)備、醫(yī)療儀器、系統(tǒng)診斷、太陽能供電遠(yuǎn)程系統(tǒng)以及4mA至20mA供電的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域。

二、電氣特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位，能夠滿足大多數(shù)中等精度的應(yīng)用需求。
• 相對精度：INL最大±0.5 LSB，典型值±0.1 LSB，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 差分非線性：DNL最大±1 LSB，確保在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)無丟碼現(xiàn)象。
• 偏移誤差：最大±1 LSB，典型值±0.3 LSB，減少了零點(diǎn)誤差對測量結(jié)果的影響。
• 增益誤差：使用內(nèi)部或外部基準(zhǔn)時(shí)，最大±1 LSB。
• 增益溫度系數(shù)：使用4.096V外部基準(zhǔn)時(shí)，典型值±0.8 ppm/°C，保證了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。

2. 動態(tài)特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值49 dB，反映了信號質(zhì)量和抗干擾能力。
• 總諧波失真（THD）：典型值 -70 dB，有效抑制了諧波干擾。
• 無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：典型值68 dB，保證了信號的純凈度。
• 通道間串?dāng)_：在特定條件下典型值 -75 dB，減少了通道間的相互干擾。
• 小信號帶寬：-3dB滾降時(shí)典型值1.5 MHz，可處理高頻信號。
• 全功率帶寬：典型值800 kHz，適用于一定頻率范圍的信號采集。

3. 其他參數(shù)

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)典型值25μs，外部時(shí)鐘（500kHz，10個(gè)時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換周期）時(shí)也有相應(yīng)的時(shí)間要求。
• 跟蹤/保持采集時(shí)間：外部時(shí)鐘2MHz時(shí)最小10ns。
• 孔徑抖動：小于50 ps，保證了采樣的準(zhǔn)確性。
• 內(nèi)部時(shí)鐘頻率：范圍在400kHz至500kHz。
• 模擬輸入電壓范圍：單端和差分輸入根據(jù)不同配置有不同的范圍，同時(shí)要注意輸入電壓的限制，避免損壞器件。

三、工作原理

1. 偽差分輸入

在單端模式下，IN+連接到所選輸入通道，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從特定的通道對中選擇。在差分模式中，只有IN+的信號被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對于AGND保持穩(wěn)定在±0.5 LSB（最佳結(jié)果為±0.1 LSB），必要時(shí)可連接0.1μF電容到AGND。

2. 跟蹤/保持

T/H在8位控制字節(jié)的第6位移入后的下降沿進(jìn)入跟蹤模式，第8位移入后的下降沿進(jìn)入保持模式。根據(jù)輸入模式的不同，采樣相應(yīng)的信號。

3. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號帶寬，可通過欠采樣技術(shù)對高速瞬態(tài)事件進(jìn)行數(shù)字化和測量帶寬超過采樣率的周期性信號，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號混疊。

四、使用方法

1. 啟動轉(zhuǎn)換

通過將控制字節(jié)時(shí)鐘輸入到DIN來啟動轉(zhuǎn)換。CS為低電平時(shí)，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”位定義控制字節(jié)的MSB?？刂谱止?jié)的格式?jīng)Q定了轉(zhuǎn)換模式、通道選擇、時(shí)鐘模式和電源模式等。

2. 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)的移入和移出，還驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平兩個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)果在后續(xù)的SCLK下降沿輸出。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：μP無需運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換結(jié)果可在處理器方便時(shí)讀取。SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時(shí)變低，轉(zhuǎn)換完成時(shí)變高。

3. 數(shù)據(jù)幀格式

CS的下降沿不啟動轉(zhuǎn)換，第一個(gè)邏輯高電平輸入到DIN被解釋為起始位，轉(zhuǎn)換在控制字節(jié)的第8位（PD0位）時(shí)鐘輸入到DIN后的SCLK下降沿開始。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 上電復(fù)位

上電時(shí)，如果SHDN未拉低，內(nèi)部上電復(fù)位電路使器件在內(nèi)部時(shí)鐘模式下激活。SSTRB在上電時(shí)為高電平，CS為低電平時(shí)，DIN的第一個(gè)邏輯“1”被解釋為起始位。在參考電壓穩(wěn)定之前，不應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2. 電源管理

• 軟件電源管理：通過控制字節(jié)的PD1位激活，轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)入低靜態(tài)電流狀態(tài)。第一個(gè)邏輯“1”輸入到DIN可喚醒器件。
• 硬線電源管理：拉低SHDN使器件進(jìn)入硬線掉電狀態(tài)，同時(shí)控制內(nèi)部基準(zhǔn)的狀態(tài)。

3. 參考電壓

• 外部參考：1V至VDD的外部參考應(yīng)直接連接到REFIN，參考源需具備一定的負(fù)載能力和低輸出阻抗。
• 內(nèi)部參考：將REFIN連接到REFOUT使用內(nèi)部參考，滿量程范圍根據(jù)輸入模式有所不同，且需用1μF電容旁路到AGND。

4. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，避免使用繞線板。數(shù)字和模擬信號線應(yīng)分開，避免平行布線。建立單點(diǎn)模擬接地（星型接地），并使用電容對電源進(jìn)行旁路，以減少噪聲干擾。

六、選型與訂購

MAX1112/MAX1113提供不同的溫度范圍和封裝選擇，如MAX1112CAP+適用于0°C至+70°C，采用20 SSOP封裝；MAX1113CEE+適用于0°C至+70°C，采用16 QSOP封裝。

MAX1112/MAX1113憑借其低功耗、多通道、靈活配置等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，合理運(yùn)用其特性和注意事項(xiàng)，能夠充分發(fā)揮其性能，滿足各種不同的應(yīng)用需求。大家在使用過程中，是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。