深度解析MAX1136 - MAX1139：高性能10位ADC的技術奧秘

在電子工程師的日常工作中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是不可或缺的關鍵組件。今天，我們將深入探討Maxim公司的MAX1136 - MAX1139系列低功耗、4/12通道、2線串行10位ADC，詳細剖析其特性、工作原理及應用場景。

文件下載：MAX1136.pdf

產(chǎn)品概述

MAX1136 - MAX1139系列ADC具備內(nèi)部跟蹤/保持（T/H）電路、電壓基準、時鐘以及與I2C兼容的2線串行接口。該系列器件可在2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）或4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）的單電源下工作，在94.4ksps的最大采樣率下僅需670μA電流，當采樣率低于46ksps時，電源電流可降至230μA以下。其AutoShutdown?功能可在轉(zhuǎn)換間隙使器件進入低功耗狀態(tài)，在低吞吐量時將電源電流降至1μA以下。

產(chǎn)品選型

從表格中可以看出，不同型號在輸入通道數(shù)、內(nèi)部基準電壓和電源電壓等方面存在差異，工程師可根據(jù)具體需求進行選擇。

技術特性

高速I2C兼容串行接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式，滿足不同數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。在實際應用中，高速模式可大大提高數(shù)據(jù)傳輸效率，尤其在對實時性要求較高的場景中表現(xiàn)出色。

單電源供電

提供2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）和4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）兩種電源范圍選擇，方便與不同的電源系統(tǒng)兼容。同時，內(nèi)部集成的基準電壓為2.048V（MAX1137/MAX1139）或4.096V（MAX1136/MAX1138），也可使用1V至VDD的外部基準電壓，增加了設計的靈活性。

多通道輸入

MAX1136/MAX1137具有4個模擬輸入通道，MAX1138/MAX1139具有12個模擬輸入通道。輸入方式可通過軟件配置為單端或差分、單極性或雙極性操作，適應不同的信號采集需求。

低功耗設計

在不同采樣率下，器件的功耗表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，在94.4ksps采樣率下為670μA，40ksps時為230μA，10ksps時為60μA，1ksps時為6μA，在掉電模式下僅為0.5μA。這種低功耗特性使得該系列ADC非常適合電池供電的設備。

小封裝形式

MAX1136/MAX1137采用8引腳μMAX封裝，MAX1138/MAX1139采用16引腳QSOP封裝，節(jié)省了電路板空間，有利于小型化設計。

工作原理

模擬輸入與跟蹤/保持

該系列ADC的模擬輸入架構包含模擬輸入多路復用器、全差分跟蹤 - 保持（T/H）電容、T/H開關、比較器和全差分開關電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。在單端模式下，模擬輸入多路復用器將T/H電容連接到所選的模擬輸入和地之間；在差分模式下，將T/H電容連接到所選的“+”和“ - ”模擬輸入之間。

在采集間隔內(nèi)，T/H開關處于跟蹤位置，T/H電容充電至模擬輸入信號。采集間隔結束后，T/H開關切換到保持位置，保持T/H電容上的電荷，作為輸入信號的穩(wěn)定樣本。

轉(zhuǎn)換過程

在轉(zhuǎn)換間隔內(nèi)，開關電容DAC進行調(diào)整，將比較器輸入電壓恢復到0V，此過程需要10個轉(zhuǎn)換時鐘周期，相當于將電荷從T/H電容轉(zhuǎn)移到二進制加權電容DAC，形成模擬輸入信號的數(shù)字表示。

時鐘模式

• 內(nèi)部時鐘模式：當配置為內(nèi)部時鐘模式（CLK = 0）時，MAX1136 - MAX1139使用內(nèi)部振蕩器作為轉(zhuǎn)換時鐘。在接收到有效地址后的第八個時鐘上升沿開始跟蹤模擬輸入，第九個時鐘下降沿采集模擬信號并開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程中，SCL被拉低（時鐘拉伸），轉(zhuǎn)換完成后，結果存儲在內(nèi)部存儲器中。
• 外部時鐘模式：當配置為外部時鐘模式（CLK = 1）時，MAX1136 - MAX1139使用SCL作為轉(zhuǎn)換時鐘。在有效從地址字節(jié)的第九個時鐘上升沿開始跟蹤模擬輸入，兩個SCL時鐘周期后采集模擬信號并開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在第一個四個空高比特后即可獲得。

應用場景

手持便攜式設備

由于其低功耗特性，非常適合用于手持便攜式設備，如醫(yī)療儀器、電池供電的測試設備等，可有效延長設備的電池續(xù)航時間。

太陽能供電遠程系統(tǒng)

在太陽能供電的遠程系統(tǒng)中，該系列ADC可用于監(jiān)測太陽能電池板的輸出電壓、電流等參數(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效監(jiān)控和管理。

信號強度指示

可用于接收信號強度指示器，準確測量信號強度，為通信系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)監(jiān)控

在各種系統(tǒng)中，可對關鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

設計注意事項

布局與接地

在PCB設計時，應使用單獨的模擬和數(shù)字接地層，并通過單點連接。避免模擬和數(shù)字線路平行布線，將數(shù)字信號路徑遠離敏感的模擬和基準輸入，以減少干擾。同時，使用兩個并聯(lián)電容（0.1μF和4.7μF）將VDD旁路到星形接地，盡可能靠近MAX1136 - MAX1139的電源引腳，以降低電源噪聲的影響。

參考電壓

內(nèi)部參考電壓為4.096V（MAX1136/MAX1138）或2.048V（MAX1137/MAX1139），可通過設置SEL[2:0]控制參考電壓和AIN_/REF的配置。當使用外部參考電壓時，其范圍應在1V至VDD之間，且輸出阻抗應不超過500Ω，以確保轉(zhuǎn)換精度。

時鐘選擇

在選擇時鐘模式時，需要根據(jù)具體的應用需求進行權衡。內(nèi)部時鐘模式可減少系統(tǒng)噪聲，減輕總線主設備的負擔，但轉(zhuǎn)換速率相對較低；外部時鐘模式適用于40ksps至94.4ksps的轉(zhuǎn)換速率，但功耗相對較高。

總結

MAX1136 - MAX1139系列ADC以其高性能、低功耗、多通道等特性，為電子工程師在各種應用場景中提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際設計中，我們需要充分考慮其技術特性和設計注意事項，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助工程師更好地了解和應用該系列ADC。你在使用類似ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。