探索MAX1179/MAX1187/MAX1189：16位單電源ADC的卓越性能

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。MAXIM推出的MAX1179/MAX1187/MAX1189系列16位、135ksps單電源ADC，憑借其獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為眾多工程師的首選。下面我們就來深入了解這款A(yù)DC的特點(diǎn)和應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1179/MAX1187/MAX1189是16位低功耗逐次逼近型ADC，具備自動(dòng)掉電功能、工廠校準(zhǔn)的內(nèi)部時(shí)鐘和16位寬并行接口。它們采用單 +4.75V至 +5.25V模擬電源供電，并擁有獨(dú)立的數(shù)字電源輸入，可直接與 +2.7V至 +5.25V數(shù)字邏輯接口。不同型號(hào)在輸入電壓范圍上有所差異，MAX1179接受 ±5V的雙極性輸入電壓范圍，MAX1187接受0至 +10V的模擬輸入電壓范圍，而MAX1189接受 ±10V的雙極性模擬輸入電壓范圍。

二、產(chǎn)品特性

2.1 輸入電壓范圍靈活

提供 ±10V、±5V或0至10V三種不同的模擬輸入電壓范圍，能夠滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2.2 接口與電源兼容性

具備16位寬并行接口，單 +4.75V至 +5.25V模擬電源電壓，可與 +2.7V至 +5.25V數(shù)字邏輯接口，方便與各種數(shù)字系統(tǒng)集成。

2.3 高精度性能

±2LSB（最大）的積分非線性（INL）和 ±1LSB（最大）的差分非線性（DNL），保證了高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.4 低功耗設(shè)計(jì)

在135ksps采樣率下，使用外部參考時(shí)功耗僅為23mW，使用內(nèi)部 +4.096V參考時(shí)為29mW。AutoShutdown?功能可在10ksps時(shí)將電源電流降至0.4mA，非常適合電池供電的應(yīng)用。

2.5 小尺寸封裝

采用28引腳TSSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

三、電氣特性

3.1 直流精度

分辨率為16位，不同型號(hào)的DNL和INL指標(biāo)有所不同，能有效保證轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。過渡噪聲低至0.6LSB RMS（外部參考），內(nèi)部參考的精度也較高。此外，還給出了偏移誤差、增益誤差、偏移漂移和增益漂移等參數(shù)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的參考。

3.2 交流精度

在1kHz輸入頻率、滿量程輸入和135ksps采樣率下，信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）可達(dá)86 - 90dB，信噪比（SNR）為87 - 91dB，總諧波失真（THD）低至 - 100dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為92 - 103dB，展現(xiàn)了出色的交流性能。

3.3 模擬輸入

不同型號(hào)具有不同的輸入范圍和輸入電阻，在正常工作和關(guān)機(jī)模式下的輸入電流也有所差異。輸入電容為10pF，為輸入電路的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

3.4 內(nèi)部參考

內(nèi)部參考輸出電壓為4.096V，溫度系數(shù)為 ±35ppm/°C，短路電流為 ±10mA。可通過REFADJ引腳進(jìn)行微調(diào)，輸入阻抗約為5kΩ。

3.5 外部參考

外部參考可連接到REFADJ或REF引腳，REFADJ輸入阻抗典型值為5kΩ。使用外部參考時(shí)，需確保其能提供100μA的直流負(fù)載電流，輸出阻抗不超過10Ω。

3.6 數(shù)字輸入/輸出

輸出高電壓和低電壓滿足一定的規(guī)范，輸入高電壓和低電壓與數(shù)字電源電壓相關(guān)，輸入泄漏電流小，輸入遲滯為0.2V，輸入電容為15pF，三態(tài)輸出泄漏電流和電容也有相應(yīng)的指標(biāo)。

3.7 電源

模擬電源電壓范圍為4.75 - 5.25V，數(shù)字電源電壓范圍為2.70 - 5.25V。不同型號(hào)在不同參考和采樣率下的電源電流不同，關(guān)機(jī)模式下電源電流可低至0.5 - 5μA，待機(jī)模式下為3.7mA，數(shù)字電源電流為0.75mA，電源抑制比為3.5LSB。

3.8 時(shí)序特性

最大采樣率為135ksps，采集時(shí)間為2μs，轉(zhuǎn)換時(shí)間為4.7μs，CS脈沖寬度、R/C到CS的建立和保持時(shí)間、CS到輸出數(shù)據(jù)有效時(shí)間等都有明確的規(guī)定，確保了系統(tǒng)的時(shí)序準(zhǔn)確性。

四、典型應(yīng)用特性

通過一系列圖表展示了電源電流與溫度、采樣率的關(guān)系，INL和DNL與代碼的關(guān)系，偏移誤差、增益誤差與溫度的關(guān)系，以及SFDR、THD、SINAD與頻率的關(guān)系等。這些特性有助于工程師在實(shí)際應(yīng)用中更好地了解ADC的性能表現(xiàn)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

五、引腳描述

詳細(xì)介紹了每個(gè)引腳的功能，如D0 - D15為三態(tài)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出引腳，R/C用于控制讀取和轉(zhuǎn)換，EOC表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，AVDD和DVDD分別為模擬和數(shù)字電源輸入，AIN為模擬輸入引腳等。了解引腳功能對(duì)于正確連接和使用ADC至關(guān)重要。

六、工作原理

6.1 轉(zhuǎn)換操作

采用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)，結(jié)合固有的跟蹤 - 保持（T/H）階段，將模擬輸入轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字輸出。并行輸出為微處理器提供了高速接口。

6.2 輸入縮放

輸入縮放器允許在單 +5V模擬電源下轉(zhuǎn)換真正的雙極性輸入電壓和高于電源的輸入電壓，將模擬輸入衰減并移位以匹配內(nèi)部DAC的輸入范圍。

6.3 跟蹤和保持

在跟蹤模式下，內(nèi)部保持電容獲取模擬信號(hào)；在保持模式下，T/H開關(guān)打開，電容DAC對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣。

6.4 掉電模式

可通過R/C引腳在CS的第二個(gè)下降沿選擇待機(jī)模式或關(guān)機(jī)模式。待機(jī)模式下，內(nèi)部參考和參考緩沖器在轉(zhuǎn)換之間保持開啟，減少了等待參考上電的時(shí)間；關(guān)機(jī)模式下，參考和參考緩沖器在轉(zhuǎn)換完成后關(guān)閉，可降低功耗，但再次上電時(shí)需要12ms的時(shí)間來喚醒和穩(wěn)定。

6.5 內(nèi)部時(shí)鐘

內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，減輕了微處理器運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)，從進(jìn)入保持模式到轉(zhuǎn)換結(jié)束的總轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為4.7μs。

七、應(yīng)用信息

7.1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過CS和R/C引腳控制采集和轉(zhuǎn)換。CS的第一個(gè)下降沿在R/C為低電平時(shí)為設(shè)備上電并使其進(jìn)入采集模式，若R/C為高電平則忽略CS信號(hào)。從關(guān)機(jī)狀態(tài)上電時(shí)，內(nèi)部參考需要至少12ms的時(shí)間來喚醒和穩(wěn)定。可通過在CS為高電平時(shí)切換RESET引腳來復(fù)位設(shè)備，下一個(gè)CS的下降沿開始采集。

7.2 選擇待機(jī)或關(guān)機(jī)模式

通過R/C引腳在CS的第二個(gè)下降沿選擇待機(jī)或關(guān)機(jī)模式。R/C為低電平時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式，參考和緩沖器保持開啟；R/C為高電平時(shí)進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，參考和緩沖器關(guān)閉。

7.3 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

EOC引腳在轉(zhuǎn)換完成時(shí)向微處理器發(fā)出信號(hào)，其下降沿表示數(shù)據(jù)有效并準(zhǔn)備輸出到總線。D0 - D15為并行輸出，在采集和轉(zhuǎn)換期間保持高阻抗，CS的第三個(gè)下降沿且R/C為高電平時(shí)將數(shù)據(jù)加載到總線上。

八、布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC）。避免模擬和數(shù)字線路相互平行，不要在ADC封裝下方布置數(shù)字信號(hào)路徑。采用單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地平面，并在盡可能靠近設(shè)備的位置將兩個(gè)接地系統(tǒng)連接在一起。將數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)離敏感的模擬和參考輸入，若數(shù)字線路必須與模擬線路交叉，應(yīng)采用直角交叉以減少數(shù)字噪聲耦合。對(duì)于AVDD電源，使用0.1μF電容與1μF至10μF低ESR電容并聯(lián)進(jìn)行旁路，且電容引腳應(yīng)盡量短，以減少雜散電感。

九、定義

9.1 積分非線性（INL）

實(shí)際傳輸函數(shù)值與直線的偏差，通過端點(diǎn)法測(cè)量。

9.2 差分非線性（DNL）

實(shí)際步長與理想值1LSB的差值，1LSB的DNL誤差保證了無丟失碼和單調(diào)傳輸函數(shù)。

9.3 信噪比（SNR）

滿量程模擬輸入（RMS值）與RMS量化誤差（殘余誤差）的比值，實(shí)際中還需考慮其他噪聲源。

9.4 信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）

輸入信號(hào)基頻的RMS幅度與所有其他ADC輸出信號(hào)的RMS等效值的比值。

9.5 有效位數(shù)（ENOB）

表示ADC在特定輸入頻率和采樣率下的全局精度，通過SINAD計(jì)算得出。

9.6 總諧波失真（THD）

輸入信號(hào)前五次諧波的RMS和與基波本身的比值。

9.7 無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）

基波（最大信號(hào)分量）的RMS幅度與下一個(gè)最大頻率分量的RMS值的比值。

十、芯片信息

該系列ADC的晶體管數(shù)量為15,383，采用BiCMOS工藝制造。同時(shí)，文檔還提供了詳細(xì)的訂購信息，包括不同型號(hào)的溫度范圍、引腳封裝、輸入電壓范圍和INL指標(biāo)等。

MAX1179/MAX1187/MAX1189系列ADC以其高精度、低功耗、靈活的輸入范圍和良好的兼容性，為工業(yè)過程控制、儀器儀表、醫(yī)療應(yīng)用等領(lǐng)域提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇型號(hào)，并注意布局、接地和旁路等方面的問題，以充分發(fā)揮該系列ADC的性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用這款A(yù)DC的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。