MAX1156/MAX1158/MAX1174：高性能單電源ADC的卓越之選

在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討MAXIM公司的MAX1156/MAX1158/MAX1174這三款14位、135ksps的單電源ADC，它們以其出色的性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1156/MAX1158/MAX1174是低功耗、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)鐘以及字節(jié)寬并行接口。它們采用單 +4.75V 至 +5.25V 模擬電源供電，并配備獨(dú)立的數(shù)字電源輸入，可直接與 +2.7V 至 +5.25V 的數(shù)字邏輯接口。這三款A(yù)DC在不同的輸入電壓范圍上有所區(qū)別：MAX1156接受 0 至 +10V 的模擬輸入電壓范圍；MAX1158接受 ±10V 的雙極性模擬輸入電壓范圍；MAX1174接受 ±5V 的雙極性模擬輸入電壓范圍。

二、產(chǎn)品特性

（一）高精度性能

• 高分辨率：14位的分辨率能夠提供更精確的數(shù)字輸出，滿足對(duì)精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 低非線性誤差：最大 ±1LSB 的積分非線性（INL）和最大 ±1LSB 的差分非線性（DNL），確保了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性和單調(diào)性。
• 出色的AC性能：總諧波失真（THD）低至 -100dB，信號(hào) - 噪聲比（SNR）可達(dá) 85dB，信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）可達(dá) 85dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）可達(dá) 103dB，這些指標(biāo)保證了在復(fù)雜信號(hào)環(huán)境下的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。

（二）低功耗設(shè)計(jì)

• 低電源電流：在使用外部參考時(shí)，最大電源電流為 2.9mA；使用內(nèi)部 +4.096V 參考時(shí)，最大電源電流為 3.8mA。在AutoShutdown模式下，電源電流可低至 5μA，非常適合電池供電的應(yīng)用。
• 自動(dòng)掉電功能：AutoShutdown? 功能可在 10ksps 采樣率下將電源電流降至 0.4mA（典型值），有效降低功耗。

（三）靈活的接口和輸入范圍

• 字節(jié)寬并行接口：方便與微處理器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
• 多種輸入電壓范圍：提供 0 至 +10V、±10V 和 ±5V 三種不同的輸入電壓范圍，可滿足不同應(yīng)用的需求。

（四）小封裝設(shè)計(jì)

采用 20 引腳的 TSSOP 封裝，節(jié)省電路板空間，適用于對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。

三、電氣特性

（一）直流精度

• 分辨率：14 位，能夠提供精細(xì)的數(shù)字輸出。
• 偏移誤差：最大為 ±10mV，確保了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 增益誤差：最大為 ±0.2% FSR，保證了增益的穩(wěn)定性。
• 偏移漂移：最大為 16μV/°C，增益漂移最大為 ±1ppm/°C，減少了溫度變化對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。

（二）交流精度

在 1kHz 輸入頻率、滿量程輸入電壓和 135ksps 采樣率的條件下，SNR 可達(dá) 85dB，SINAD 可達(dá) 85dB，THD 低至 -100dB，SFDR 可達(dá) 103dB，展現(xiàn)出出色的交流性能。

（三）模擬輸入特性

• 輸入范圍：不同型號(hào)的輸入范圍不同，可根據(jù)具體需求選擇。
• 輸入電阻：在正常工作模式下，MAX1156/MAX1174 的輸入電阻為 5.3kΩ 至 9.2kΩ，MAX1158 的輸入電阻為 7.8kΩ 至 13.0kΩ。
• 輸入電流：在不同輸入電壓范圍和工作模式下，輸入電流有所不同，但都在合理范圍內(nèi)。

（四）內(nèi)部和外部參考

• 內(nèi)部參考：提供 +4.096V 的輸出電壓，溫度系數(shù)為 ±35ppm/°C，短路電流為 ±10mA。
• 外部參考：可接受 3.8V 至 4.2V 的外部參考電壓，REFADJ 輸入阻抗典型值為 5kΩ。

（五）數(shù)字輸入/輸出特性

• 輸出高電壓：在特定條件下，輸出高電壓為 DVDD - 0.4V。
• 輸出低電壓：在特定條件下，輸出低電壓為 0.4V。
• 輸入高電壓：為 0.7 × DVDD，輸入低電壓為 0.3 × DVDD。
• 輸入泄漏電流：最大為 ±1μA，輸入滯后為 0.2V，輸入電容為 15pF。

（六）電源特性

• 模擬電源電壓：范圍為 4.75V 至 5.25V。
• 數(shù)字電源電壓：范圍為 2.70V 至 5.25V。
• 模擬電源電流：在不同參考和采樣率下有所不同，最大為 6.2mA。
• 數(shù)字電源電流：最大為 0.75mA。
• 電源抑制比：最大為 1LSB。

（七）時(shí)序特性

• 最大采樣率：可達(dá) 135ksps。
• 采集時(shí)間：最小為 2μs。
• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：最大為 4.7μs。

四、工作原理

（一）轉(zhuǎn)換操作

采用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)，并帶有固有的跟蹤 - 保持（T/H）階段。在跟蹤模式下，內(nèi)部保持電容采集模擬信號(hào)；在保持模式下，T/H 開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電容式 DAC 對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通過(guò)控制 CS 和 R/C 信號(hào)將有效數(shù)據(jù)加載到總線上。

（二）電源管理

通過(guò) R/C 位在 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，ADC 的內(nèi)部參考和參考緩沖器在轉(zhuǎn)換之間不會(huì)掉電，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)；關(guān)機(jī)模式下，參考和參考緩沖器在轉(zhuǎn)換完成后掉電，以降低功耗。

（三）內(nèi)部時(shí)鐘

內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)。從進(jìn)入保持模式（CS 的第二個(gè)下降沿）到轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC 下降）的總轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為 4.7μs。

五、應(yīng)用信息

（一）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò) CS 和 R/C 信號(hào)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；轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，若從關(guān)機(jī)狀態(tài)上電，內(nèi)部參考需要至少 12ms 的時(shí)間喚醒和穩(wěn)定。

（二）選擇電源模式

根據(jù) R/C 在 CS 的第二個(gè)下降沿的狀態(tài)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(kāi)啟；R/C 為高電平時(shí)進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，參考和緩沖器在轉(zhuǎn)換后掉電。

（三）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

EOC 信號(hào)用于標(biāo)志轉(zhuǎn)換完成，其下降沿表示數(shù)據(jù)有效并可輸出到總線。D0 - D13 為并行輸出，通過(guò) CS 的第三個(gè)下降沿和 R/C 為高電平將數(shù)據(jù)加載到輸出總線上。HBEN 用于切換高低字節(jié)輸出。

（四）輸入緩沖

大多數(shù)應(yīng)用需要輸入緩沖放大器以實(shí)現(xiàn) 14 位精度并防止源負(fù)載。在采集后立即切換通道，輸入放大器需具備足夠的壓擺率以在采集時(shí)間開(kāi)始前完成輸出電壓的變化。

六、布局、接地和旁路建議

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板。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。使用獨(dú)立的模擬和數(shù)字接地平面，并在靠近設(shè)備的位置單點(diǎn)連接兩個(gè)接地系統(tǒng)。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耦合。如果模擬和數(shù)字部分共享同一電源，可使用低值電阻或鐵氧體磁珠進(jìn)行隔離。同時(shí)，對(duì) AVDD 進(jìn)行旁路處理，使用 0.1μF 電容與 1μF 至 10μF 的低 ESR 電容并聯(lián)，且電容引線要短以減少雜散電感。

七、總結(jié)

MAX1156/MAX1158/MAX1174 這三款A(yù)DC以其高精度、低功耗、靈活的接口和輸入范圍等優(yōu)點(diǎn)，成為高性能、電池供電的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的理想選擇。無(wú)論是工業(yè)過(guò)程控制、儀器儀表還是醫(yī)療應(yīng)用，它們都能提供可靠的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，充分了解和利用這些特性，將有助于提高系統(tǒng)的性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似ADC的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。