深入解析MAX154/MAX158：高速8位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度和速度。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下MAXIM公司的兩款高性能CMOS高速8位ADC——MAX154和MAX158。

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一、產(chǎn)品概述

MAX154和MAX158是高速多通道模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。MAX154具備四個(gè)模擬輸入通道，而MAX158則擁有八個(gè)通道。它們的轉(zhuǎn)換時(shí)間均為2.5μs，并且內(nèi)置2.5V參考電壓，形成了一個(gè)完整的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，這兩款轉(zhuǎn)換器還內(nèi)置了跟蹤/保持功能，無(wú)需外部跟蹤/保持電路，模擬輸入范圍為0V至 +5V，采用單 +5V電源供電。

二、產(chǎn)品特性

2.1 單芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

MAX154/MAX158將多個(gè)功能集成在一個(gè)芯片上，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減少了外部元件的使用，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 多通道輸入

MAX154有四個(gè)模擬輸入通道，MAX158有八個(gè)通道，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集的需求。

2.3 高速轉(zhuǎn)換

每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為2.5μs，能夠快速完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，適用于高速數(shù)據(jù)采集和處理。

2.4 內(nèi)置參考電壓

內(nèi)置2.5V參考電壓，無(wú)需外部參考源，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

2.5 跟蹤/保持功能

內(nèi)置的跟蹤/保持功能能夠在轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持輸入信號(hào)的穩(wěn)定，提高轉(zhuǎn)換精度。

2.6 低誤差

誤差規(guī)格為±1/2 LSB（MAX154A/MAX158A）或±1 LSB（MAX154B/MAX158B），保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.7 單電源供電

采用單 +5V電源供電，降低了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

2.8 無(wú)需外部時(shí)鐘

內(nèi)部集成了時(shí)鐘電路，無(wú)需外部時(shí)鐘信號(hào)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

2.9 節(jié)省空間的封裝

提供了新的SSOP封裝，節(jié)省了電路板空間，適合小型化設(shè)計(jì)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 數(shù)字信號(hào)處理

在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換，MAX154/MAX158的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足這一需求。

3.2 高速數(shù)據(jù)采集

在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，需要快速采集多個(gè)通道的模擬信號(hào)，MAX154/MAX158的多通道輸入和高速轉(zhuǎn)換能力能夠滿足這一需求。

3.3 電信

在電信領(lǐng)域，需要對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等信號(hào)進(jìn)行處理，MAX154/MAX158的高精度和高速轉(zhuǎn)換特性能夠保證信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

3.4 高速伺服控制

在高速伺服控制系統(tǒng)中，需要對(duì)電機(jī)的位置、速度等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，MAX154/MAX158的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足這一需求。

3.5 音頻儀器

在音頻儀器中，需要對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采集和處理，MAX154/MAX158的高精度和低噪聲特性能夠保證音頻信號(hào)的質(zhì)量。

四、電氣特性

4.1 精度

分辨率為8位，總未調(diào)整誤差為±1/2 LSB（MAX154A/MAX158A）或±1 LSB（MAX154B/MAX158B），通道間失配為±1/4 LSB。

4.2 參考輸入

參考電阻為1 - 4 kΩ，VREF+輸入電壓范圍為VREF - 至VDD，VREF - 輸入電壓范圍為GND至VREF+。

4.3 參考輸出

輸出電壓為2.47 - 2.53 V，負(fù)載調(diào)整率為 -6 - -10 mV，電源靈敏度為±1 - ±3 mV，溫度漂移為40 - 100 ppm/°C，輸出噪聲為200 μV/rms，電容負(fù)載為0.01 μF。

4.4 模擬輸入

模擬輸入電壓范圍為VREF - 至VREF+，模擬輸入電容為45 pF，模擬輸入電流為±3 μA，跟蹤轉(zhuǎn)換速率為0.7 - 0.157 V/μs。

4.5 邏輯輸入

輸入高電壓為2.4 V，輸入低電壓為0.8 V，輸入高電流為1 μA，輸入低電流為 -1 μA，輸入電容為5 - 8 pF。

4.6 邏輯輸出

輸出高電壓為4.0 V，輸出低電壓為0.4 V，三態(tài)輸出電流為±3 μA，輸出電容為5 - 8 pF。

4.7 電源

電源電壓為5V ±5%，電源電流為15 mA，功耗為25 - 75 mW，電源靈敏度為±1/16 - ±1/4 LSB。

五、工作原理

5.1 轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX154/MAX158采用“半閃速”轉(zhuǎn)換技術(shù)，使用兩個(gè)4位閃速ADC轉(zhuǎn)換器部分來(lái)實(shí)現(xiàn)8位轉(zhuǎn)換結(jié)果。首先，上4位MS（最高有效）閃速ADC將未知輸入電壓與參考梯形電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，提供上四位數(shù)據(jù)位。然后，內(nèi)部DAC使用MS位生成一個(gè)模擬信號(hào)，再將未知輸入與DAC電壓之間的差值（殘差電壓）與參考梯形電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，由15個(gè)LS（最低有效）閃速比較器獲得下四位輸出位。

5.2 操作序列

轉(zhuǎn)換由RD和CS的下降沿啟動(dòng)。比較器輸入在大約1μs內(nèi)跟蹤模擬輸入電壓。第一個(gè)周期結(jié)束后，MS閃速轉(zhuǎn)換結(jié)果被鎖存到輸出緩沖器中，LS轉(zhuǎn)換開(kāi)始。大約600ns后，INT變低，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，下四位數(shù)據(jù)被鎖存到輸出緩沖器中。此時(shí)，可以使用CS和RD輸入訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

六、數(shù)字接口

6.1 控制輸入

MAX154/MAX158僅使用片選（CS）和讀（RD）作為控制輸入。當(dāng)CS和RD同時(shí)為低時(shí)，鎖存多路復(fù)用器地址輸入并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。

6.2 接口模式

• 模式0：適用于具有等待狀態(tài)功能的微處理器。在這種模式下，將CS和RD置低啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取。RD保持低電平直到轉(zhuǎn)換結(jié)束。
• 模式1：適用于不需要微處理器進(jìn)入等待狀態(tài)的應(yīng)用。CS和RD置低時(shí)，鎖存多路復(fù)用器地址并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，同時(shí)讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。需要第二次讀操作來(lái)讀取本次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，兩次讀操作之間需要2.5μs的延遲。

七、模擬考慮因素

7.1 參考和輸入

VREF+和VREF - 輸入定義了ADC的零和滿量程。VREF - 的電壓對(duì)應(yīng)輸出代碼全為零的輸入電壓，VREF+的電壓對(duì)應(yīng)輸出代碼全為一的輸入電壓。

7.2 旁路

VDD引腳應(yīng)使用47μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到GND，以減少電源噪聲。參考輸入引腳應(yīng)使用0.1μF電容旁路到GND。

7.3 輸入電流

轉(zhuǎn)換器的模擬輸入與傳統(tǒng)ADC有所不同。采樣數(shù)據(jù)比較器在不同周期從輸入獲取不同量的電流。輸入可以建模為一個(gè)等效RC網(wǎng)絡(luò)，源阻抗過(guò)大（大于100Ω）會(huì)導(dǎo)致建立誤差。

7.4 輸入濾波

采樣數(shù)據(jù)比較器引起的模擬輸入瞬變不會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的性能，因?yàn)锳DC在這些瞬變發(fā)生時(shí)不采樣輸入。因此，不需要在AIN端子上使用外部電容進(jìn)行濾波。

7.5 正弦輸入

MAX154/MAX158能夠測(cè)量高達(dá)157mV/μs的輸入信號(hào)，在不使用外部跟蹤/保持電路的情況下，模擬輸入頻率最高可達(dá)10kHz。最大采樣率受轉(zhuǎn)換時(shí)間（典型tCRD = 2μs）和轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間（tp = 500 ns）的限制，計(jì)算為400 kHz。

7.6 雙極性輸入操作

可以使用特定電路實(shí)現(xiàn)雙極性輸入操作，將輸入電壓縮放為僅在ADC輸入處出現(xiàn)正電壓，輸出代碼為補(bǔ)碼偏移二進(jìn)制。

八、訂購(gòu)信息

MAX154和MAX158提供多種溫度范圍和封裝選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的產(chǎn)品。例如，MAX154ACNG適用于0°C至 +70°C的溫度范圍，采用24引腳窄塑料DIP封裝，誤差為±1/2 LSB。

九、總結(jié)

MAX154/MAX158是兩款性能卓越的高速8位ADC，具有多通道輸入、高速轉(zhuǎn)換、高精度、低誤差等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的產(chǎn)品，并注意模擬輸入、參考電壓、電源等方面的設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

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