MAX11192/MAX11195/MAX11198：高性能SAR ADC的深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實世界模擬信號與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討Maxim Integrated推出的MAX11192/MAX11195/MAX11198系列ADC，這是一款具有高性能、小封裝特點的逐次逼近寄存器（SAR）ADC，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX11192/MAX11195/MAX11198是一系列12/14/16位、2Msps的雙通道SAR ADC，具備同時采樣功能，采用平衡差分輸入，每個通道都有獨立的數(shù)據(jù)輸出。該系列ADC的突出特點是在微小的2mm x 3mm封裝內(nèi)實現(xiàn)了一流的采樣率和分辨率。集成的電壓基準和基準緩沖器有助于減少電路板空間、元件數(shù)量和系統(tǒng)成本，內(nèi)部振蕩器設(shè)置轉(zhuǎn)換時間，簡化了外部時序要求。

二、關(guān)鍵特性

2.1 封裝與性能

• 小巧封裝：采用16引腳、3mm x 2mm的TDFN封裝，節(jié)省電路板空間，適合對空間要求較高的應(yīng)用。
• 高采樣率：高達2Msps的吞吐量，能夠快速準確地采集模擬信號。
• 雙ADC內(nèi)核：兩個同時采樣的ADC內(nèi)核，可同時處理兩個通道的信號，提高數(shù)據(jù)采集效率。
• 集成基準：2.5V集成基準和基準緩沖器，減少了外部元件的使用，降低了系統(tǒng)成本和復雜度。

2.2 電氣性能

• 輸入特性：模擬輸入范圍為±VREF，絕對輸入電壓范圍為 - 0.1V至VAVDD + 0.1V，共模輸入電壓范圍為VREF/2 - 0.1V至VREF/2 + 0.1V，輸入泄漏電流低至1μA，輸入電容為10pF。
• 靜態(tài)性能：不同型號的分辨率分別為12/14/16位，無失碼，偏移誤差和增益誤差小，積分非線性和差分非線性低，保證了高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 動態(tài)性能：在10kHz輸入時，信號 - 噪聲比（SNR）、信號 - 噪聲和失真比（SINAD）、無雜散動態(tài)范圍（SFDR）和總諧波失真（THD）等指標表現(xiàn)出色，能夠有效抑制噪聲和失真。
• 電源特性：模擬電源電壓范圍為3.0V至5.25V，接口電源電壓范圍為1.7V至3.6V，模擬和接口電源電流低，待機電流小，降低了功耗。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該系列ADC適用于多種應(yīng)用場景，如編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、線性可變差動變壓器（LVDT）、電機電流檢測和可編程邏輯控制器（PLC）等。在這些應(yīng)用中，ADC的高精度和高采樣率能夠滿足對信號采集和處理的要求。

四、詳細設(shè)計要點

4.1 模擬輸入設(shè)計

• 信號要求：模擬輸入AINn+和AINn - 應(yīng)采用平衡差分信號驅(qū)動，輸入信號范圍為0V至VREF，差分輸入?yún)^(qū)間為 - VREF至 + VREF。
• 輸入保護：每個模擬輸入都有專用的輸入鉗位二極管，可防止過壓，二極管D1和D2提供ESD保護，并作為輸入電壓的鉗位，最大正向電流為100mA。
• 輸入電容：輸入電容為7pF，在設(shè)計時需要考慮源電阻和電容對輸入信號的影響，確保信號能夠在規(guī)定時間內(nèi)穩(wěn)定。

4.2 輸入建立時間

• 轉(zhuǎn)換周期：轉(zhuǎn)換周期包括跟蹤、SAR轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)三個階段。在跟蹤階段，采樣開關(guān)閉合，模擬輸入直接連接到采樣電容；CNVST的下降沿為采樣時刻，此時跟蹤階段結(jié)束，ADC進入SAR轉(zhuǎn)換階段；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通過SPI總線讀取數(shù)據(jù)。
• 建立時間要求：為了獲得準確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，每個ADC的跟蹤時間應(yīng)長于輸入信號的建立時間。如果由于源電阻過大導致信號無法在分配的跟蹤時間內(nèi)穩(wěn)定，建議使用外部ADC驅(qū)動放大器來加快建立速度。

4.3 輸入濾波

對于噪聲較大的輸入信號，應(yīng)在ADC驅(qū)動放大器輸入之前使用適當?shù)?a href="http://m.makelele.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器進行濾波，以減少噪聲。應(yīng)用圖中的RC網(wǎng)絡(luò)主要用于減少ADC開始跟蹤階段時放大器看到的負載瞬變，同時滿足建立時間要求并限制噪聲帶寬。

4.4 電壓基準配置

• 內(nèi)部基準：使用內(nèi)部基準時，只需在REF1、REF2和REFIN/OUT引腳添加旁路電容，REF1/REF2引腳需要至少1μF的外部旁路電容。
• 外部基準：使用外部基準時，直接用外部基準電壓源驅(qū)動REFIN/OUT引腳，確?；鶞孰妷翰淮笥贏VDD - 250mV，REF1/REF2引腳同樣需要至少1μF的外部旁路電容。

4.5 數(shù)字接口

轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可以在跟蹤階段、轉(zhuǎn)換階段或兩個階段都進行讀取。輸入信號在CNVST的下降沿同時采樣并啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC進入空閑狀態(tài)，直到下一個CNVST的上升沿進入跟蹤模式。為了完成一次轉(zhuǎn)換，CNVST下降沿和上升沿之間的時間必須至少為最小轉(zhuǎn)換時間t12。

五、PCB布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，建議使用帶有接地平面的PCB，并將數(shù)字和模擬信號線分開，避免模擬和數(shù)字線平行布線，特別是時鐘線，同時避免在ADC封裝下方布線。將MAX11192/MAX11195/MAX11198的GND引腳連接到接地平面，保持電源的接地返回路徑低阻抗且盡可能短。在AINn+和AINn - 之間靠近ADC處放置1nF C0G陶瓷芯片電容，以減少ADC輸入驅(qū)動級看到的電壓瞬變。將REF1/2輸出通過16V、10μF陶瓷芯片電容連接到接地平面，確保所有旁路電容通過獨立過孔直接連接到接地平面。

六、總結(jié)

MAX11192/MAX11195/MAX11198系列ADC以其高性能、小封裝和豐富的功能，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇分辨率、配置電壓基準、優(yōu)化輸入電路和PCB布局，以充分發(fā)揮ADC的性能優(yōu)勢。你在使用這款ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。