MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的詳細解析

在電子設計領域，模擬到數(shù)字的轉換是一個關鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉換器）則是實現(xiàn)這一轉換的核心器件。今天，我們就來深入探討一下MAXIM公司的MAX1110/MAX1111這兩款低功耗、多通道、串行8位ADC。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位、8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模擬 - 數(shù)字轉換器。它們具備內部跟蹤/保持電路、電壓基準、時鐘和串行接口，可在2.7V至5.5V的單電源下工作。在高達50ksps的采樣率下，僅消耗85μA的電流，在1ksps時電流更是低至6μA，非常適合對功耗要求較高的應用場景。

產(chǎn)品特性

1. 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，適應多種電源環(huán)境。
2. 低功耗設計：在不同采樣率下都能保持較低的功耗，如50ksps時為85μA，1ksps時為6μA。
3. 多通道輸入：MAX1110有8通道單端或4通道差分輸入，MAX1111有4通道單端或2通道差分輸入，可滿足多樣化的輸入需求。
4. 靈活的輸入配置：軟件可配置單極性/雙極性和單端/差分操作。
5. 高速采樣：內部跟蹤/保持電路支持50kHz的采樣率。
6. 內部基準：具備2.048V的內部基準。
7. 兼容多種串行接口：SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，方便與微處理器連接。
8. 低誤差：總未調整誤差最大為±1 LSB，典型值為±0.3 LSB。
9. 自動掉電模式：軟件可編程的2μA自動掉電模式，可進一步降低功耗。

二、技術參數(shù)詳解

1. 絕對最大額定值

在使用MAX1110/MAX1111時，需要注意其絕對最大額定值，如VDD到AGND的電壓范圍為 - 0.3V至6V，AGND到DGND的電壓范圍為 - 0.3V至0.3V等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

2. 電氣特性

• 直流精度：分辨率為8位，相對精度在不同電源電壓下有所不同，差分非線性為±1 LSB，無丟失碼，失調誤差和增益誤差也有相應的指標。
• 動態(tài)特性：在特定輸入條件下，信號 - 噪聲和失真比（SINAD）為49 dB，總諧波失真（THD）為 - 70 dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）為68 dB，通道間串擾為 - 75 dB，小信號帶寬為1.5 MHz，滿功率帶寬為800 kHz。
• 轉換速率：轉換時間在內部時鐘和外部時鐘模式下有所不同，跟蹤/保持采集時間、孔徑延遲和孔徑抖動也有相應的參數(shù)。
• 模擬輸入：輸入電壓范圍根據(jù)單端和差分模式以及單極性和雙極性輸入有所不同，多路復用器泄漏電流和輸入電容也有明確指標。
• 內部基準：REFOUT電壓典型值為2.048V，短路電流為3.5 mA，溫度系數(shù)為±50 ppm/°C，負載調整率在特定條件下為2.5 mV。
• 外部基準：輸入電壓范圍為1V至VDD + 0.05V，輸入電流在特定條件下為1至20μA。
• 電源要求：電源電壓范圍為2.7V至5.5V，不同電源電壓和負載條件下的供電電流有所不同，電源抑制比也有相應指標。
• 數(shù)字輸入輸出：數(shù)字輸入的高、低電壓和滯后電壓有明確規(guī)定，輸入泄漏電流和電容也有相應參數(shù)；數(shù)字輸出的低、高電壓和三態(tài)泄漏電流、電容等也有具體指標。

3. 時序特性

包括跟蹤/保持采集時間、DIN到SCLK的建立和保持時間、SCLK下降沿到輸出數(shù)據(jù)有效時間等一系列時序參數(shù)，這些參數(shù)對于正確使用ADC至關重要。

三、引腳說明

MAX1110采用20引腳SSOP封裝，MAX1111采用16引腳QSOP封裝。各引腳功能如下：

1. 模擬輸入引腳（CH0 - CH7）：用于采樣模擬信號。
2. COM引腳：模擬輸入的接地參考，在單端模式下設置零碼電壓。
3. SHDN引腳：三級關斷輸入，可控制器件的功耗狀態(tài)。
4. REFIN引腳：用于連接外部參考電壓，也可連接REFOUT使用內部參考。
5. REFOUT引腳：內部參考發(fā)生器輸出，需用1μF電容旁路到AGND。
6. AGND和DGND引腳：分別為模擬地和數(shù)字地。
7. DOUT引腳：串行數(shù)據(jù)輸出，在SCLK下降沿時鐘輸出數(shù)據(jù)。
8. SSTRB引腳：串行選通輸出，用于指示轉換結束。
9. DIN引腳：串行數(shù)據(jù)輸入，在SCLK上升沿時鐘輸入數(shù)據(jù)。
10. CS引腳：片選信號，低電平有效。
11. SCLK引腳：串行時鐘輸入，用于時鐘數(shù)據(jù)的輸入和輸出。
12. VDD引腳：正電源電壓，范圍為2.7V至5.5V。

四、工作原理

1. 偽差分輸入

ADC的模擬比較器采樣架構采用偽差分輸入。在單端模式下，IN + 內部切換到所選輸入通道，IN - 切換到COM；在差分模式下，IN + 和IN - 從特定的通道對中選擇。在差分模式下，只有IN + 的信號被采樣，IN - 必須在轉換期間相對于AGND保持穩(wěn)定在±0.5 LSB（最佳結果為±0.1 LSB）。

2. 跟蹤/保持

T/H電路在8位控制字節(jié)的第6位移入后的下降沿進入跟蹤模式，在第8位移入后的下降沿進入保持模式。根據(jù)輸入模式的不同，采樣的信號也不同。

3. 輸入帶寬

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

4. 模擬輸入

內部保護二極管可使通道輸入引腳在(AGND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范圍內擺動而不受損壞，但為保證準確轉換，輸入不應超過VDD 50mV或低于AGND 50mV。

5. 控制字節(jié)

通過控制字節(jié)的不同位可配置ADC的工作模式，如選擇輸入通道、單極性/雙極性模式、單端/差分模式、電源模式和時鐘模式等。

五、使用方法

1. 快速評估

可使用特定電路快速評估MAX1110/MAX1111的模擬性能，將DIN連接到 + 3V可觸發(fā)單端、單極性轉換。

2. 啟動轉換

通過將控制字節(jié)時鐘輸入DIN來啟動轉換，CS低電平時，SCLK的上升沿將DIN的位時鐘輸入內部移位寄存器。

3. 簡單軟件接口

在使用時，需確保CPU的串行接口運行在主模式，選擇合適的時鐘頻率。按照特定步驟進行操作，如設置控制字節(jié)、拉低CS、傳輸控制字節(jié)和接收轉換結果等。

六、時鐘模式

1. 外部時鐘模式

外部時鐘不僅用于數(shù)據(jù)的移位，還驅動模數(shù)轉換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平兩個時鐘周期，后續(xù)的SCLK下降沿輸出轉換結果。

2. 內部時鐘模式

內部時鐘模式可減輕微處理器運行SAR轉換時鐘的負擔，轉換結果可在處理器方便時讀取。SSTRB在轉換開始時變低，轉換完成時變高。

七、應用信息

1. 上電復位

上電時，若SHDN未拉低，內部上電復位電路將激活器件，SSTRB在上電時為高電平，CS低電平時，DIN的第一個邏輯1被解釋為起始位。

2. 掉電模式

• 軟件掉電：通過控制字節(jié)的PD1位激活，轉換完成后進入低靜態(tài)電流狀態(tài)。
• 硬線掉電：拉低SHDN可使器件進入硬線掉電狀態(tài)，同時控制內部基準的狀態(tài)。

3. 外部參考

可在REFIN端子直接連接1V至VDD的外部參考，使用外部參考時需注意其輸出阻抗和負載電流。

4. 內部參考

將REFIN連接到REFOUT可使用內部參考，內部參考需用1μF電容旁路到AGND。

5. 傳輸函數(shù)

單極性和雙極性模式下的滿量程電壓范圍不同，輸出編碼為二進制，1 LSB的電壓值根據(jù)不同模式有所不同。

6. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，分離數(shù)字和模擬信號線，建立單點模擬接地，對電源進行旁路濾波。

八、總結

MAX1110/MAX1111是兩款性能出色的低功耗多通道8位串行ADC，具有豐富的特性和靈活的配置選項。在設計過程中，工程師需要根據(jù)具體應用需求合理選擇和使用這些特性，同時注意器件的電氣參數(shù)、引腳功能、工作原理和使用方法，以確保設計的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用MAX1110/MAX1111的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。