MAX1291/MAX1293：高性能12位ADC的深度解析

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）則是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件。今天我們要介紹的是Maxim公司的MAX1291/MAX1293，這兩款12位ADC以其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

MAX1291/MAX1293是低功耗、12位的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有逐次逼近型ADC、自動(dòng)掉電、快速喚醒（2μs）、片上時(shí)鐘、+2.5V內(nèi)部參考電壓以及高速字節(jié)并行接口等特性。它們采用單+3V模擬電源供電，VLOGIC引腳允許其直接與+1.8V至+5.5V的數(shù)字電源接口。在最大采樣率250ksps時(shí)，功耗僅為5.7mW（VDD = VLOGIC）。

產(chǎn)品特性

高分辨率與高精度

具備12位分辨率，線性度可達(dá)±0.5 LSB，能提供精確的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，滿足對(duì)精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

靈活的電源與邏輯電平

單+3V電源供電，用戶可調(diào)節(jié)邏輯電平（+1.8V至+3.6V），適應(yīng)不同的數(shù)字系統(tǒng)需求。

豐富的輸入配置

軟件可配置的模擬輸入，支持單極性/雙極性以及單端/偽差分操作。MAX1291在單端模式下有8個(gè)輸入通道，MAX1293有4個(gè)輸入通道；在偽差分模式下，分別為4個(gè)和2個(gè)輸入通道。

低功耗設(shè)計(jì)

不同采樣率下功耗表現(xiàn)出色，250ksps時(shí)為1.9mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，關(guān)斷模式下僅2μA。

高速接口與小封裝

采用字節(jié)并行（8 + 4）接口，數(shù)據(jù)傳輸速度快。MAX1291為28引腳QSOP封裝，MAX1293為24引腳QSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

電氣特性

直流精度

• 分辨率為12位，確保了較高的轉(zhuǎn)換精度。
• 相對(duì)精度方面，MAX129_A型號(hào)可達(dá)±0.5 LSB，MAX129_B型號(hào)為±1 LSB。
• 差分非線性在全溫度范圍內(nèi)無(wú)漏碼，最大為±1 LSB。
• 失調(diào)誤差最大為±4 LSB，增益誤差也在合理范圍內(nèi)，增益溫度系數(shù)為±2.0 ppm/°C。

動(dòng)態(tài)特性

• 信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）典型值為70dB，總諧波失真（THD）可達(dá) - 78dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為80dB，互調(diào)失真（IMD）在特定頻率下表現(xiàn)良好。
• 全線性帶寬為250kHz，全功率帶寬為3MHz，能夠處理較高頻率的信號(hào)。

轉(zhuǎn)換速率

不同模式下的轉(zhuǎn)換時(shí)間有所不同，外部時(shí)鐘模式下為3.3μs，外部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式為2.5 - 3.5μs，內(nèi)部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式為3.2 - 4.1μs。

工作原理

轉(zhuǎn)換操作

采用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）階段，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出。其并行（8 + 4）輸出格式方便與標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口。

單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內(nèi)部切換到相應(yīng)通道，IN - 切換到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從模擬輸入對(duì)中選擇。轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入多路復(fù)用器將CHOLD從正輸入切換到負(fù)輸入，電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行調(diào)整，形成模擬輸入信號(hào)的數(shù)字表示。

模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管可將模擬輸入鉗位到VDD和GND，允許每個(gè)輸入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范圍內(nèi)擺動(dòng)而不損壞，但為保證高精度轉(zhuǎn)換，輸入不應(yīng)超過(guò)（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。

跟蹤/保持

T/H階段在WR上升沿進(jìn)入跟蹤模式，不同采集模式下進(jìn)入保持模式的條件不同。采集時(shí)間取決于輸入信號(hào)的源阻抗，可通過(guò)公式計(jì)算。

輸入帶寬

T/H階段提供250kHz全線性和3MHz全功率帶寬，可采用欠采樣技術(shù)處理高速瞬變和測(cè)量高頻信號(hào)，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號(hào)混疊。

操作模式

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò)寫入控制字節(jié)選擇多路復(fù)用器通道并配置單極性或雙極性操作。寫脈沖可啟動(dòng)采集間隔或啟動(dòng)采集加轉(zhuǎn)換過(guò)程，ACQMOD位提供內(nèi)部和外部采集兩種選項(xiàng)。

內(nèi)部采集

將ACQMOD位清零選擇內(nèi)部采集，寫脈沖啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)的采集間隔，采集結(jié)束后開始轉(zhuǎn)換。內(nèi)部時(shí)鐘模式下，孔徑抖動(dòng)可能高達(dá)200ps。

外部采集

用于精確控制采樣孔徑和采集與轉(zhuǎn)換時(shí)間。用戶通過(guò)兩個(gè)單獨(dú)的寫脈沖分別控制采集和轉(zhuǎn)換開始。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中斷信號(hào)INT用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束和有效結(jié)果可用。INT在轉(zhuǎn)換完成且輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)變低，在第一次讀取周期或?qū)懭胄驴刂谱止?jié)時(shí)變高。

時(shí)鐘模式選擇

可選擇內(nèi)部或外部時(shí)鐘模式，控制位D6和D7進(jìn)行選擇。上電時(shí)默認(rèn)進(jìn)入外部時(shí)鐘模式。

內(nèi)部時(shí)鐘模式

將控制字節(jié)的D7位設(shè)為1，D6位設(shè)為0選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6μs，CLK引腳需拉高或拉低。

外部時(shí)鐘模式

將控制字節(jié)的D6和D7位設(shè)為1選擇外部時(shí)鐘模式，建議使用100kHz至4.8MHz、占空比30%至70%的時(shí)鐘頻率。

數(shù)字接口

輸入格式

控制字節(jié)在寫命令時(shí)通過(guò)引腳D7 - D0鎖存到設(shè)備中。

輸出格式

單極性模式下輸出格式為二進(jìn)制，雙極性模式下為二進(jìn)制補(bǔ)碼。讀取輸出數(shù)據(jù)時(shí)，CS和RD需為低電平，HBEN控制讀取低8位或高4位。

應(yīng)用信息

上電復(fù)位

上電時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位電路使器件在外部時(shí)鐘模式下激活，INT置高。電源穩(wěn)定后，內(nèi)部復(fù)位時(shí)間為10μs，使用內(nèi)部參考時(shí)，VREF穩(wěn)定需要500μs。

MAX1291/MAX1293憑借其高性能、低功耗和豐富的功能，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄、能源管理、病人監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和觸摸屏等多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇和配置這兩款A(yù)DC，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用類似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。