探索MAX154/MAX158和MX7824/MX7828：高速8位ADC的卓越性能

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高速、高精度的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)采集和處理的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討MAXIM公司的MAX154/MAX158和MX7824/MX7828這兩款高速8位ADC，揭開它們的神秘面紗。

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一、產(chǎn)品概述

MAX154/MAX158和MX7824/MX7828屬于高速、多通道的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其中，MAX154和MX7824具備四個模擬輸入通道，而MAX158和MX7828則擁有八個通道。所有設(shè)備的轉(zhuǎn)換時間僅為2.5μs，且MAX154/MAX158還配備了2.5V的片上參考，構(gòu)成了一個完整的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

這些轉(zhuǎn)換器內(nèi)置了跟蹤/保持功能，無需為許多輸入信號額外配備外部跟蹤/保持電路。其模擬輸入范圍為0V至 +5V，且僅需單一的 +5V電源即可工作。此外，它們的微處理器接口十分簡單，可直接作為內(nèi)存位置或I/O端口，無需外部邏輯。數(shù)據(jù)輸出采用鎖存的三態(tài)緩沖電路，能直接連接到微處理器數(shù)據(jù)總線或系統(tǒng)輸入端口。值得一提的是，MX7824和MX7828與Analog Devices的AD7824和AD7828引腳兼容，MAX154和MAX158（具備內(nèi)部參考）也與這些產(chǎn)品兼容。

二、產(chǎn)品特性

2.1 單芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

集成度高，將多個功能集成在一個芯片上，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

提供四個或八個模擬輸入通道，可滿足不同應(yīng)用場景下對多信號采集的需求。

2.3 高速轉(zhuǎn)換

每個通道的轉(zhuǎn)換時間僅為2.5μs，能夠快速準(zhǔn)確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，適用于對實時性要求較高的應(yīng)用。

2.4 內(nèi)部參考

MAX154/MAX158具備內(nèi)部2.5V參考，無需外部參考源，簡化了電路設(shè)計。

2.5 內(nèi)置跟蹤/保持功能

內(nèi)置的跟蹤/保持功能可有效減少信號失真，確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

2.6 高精度

誤差規(guī)格為1/2LSB，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的高精度。

2.7 單電源供電

僅需單一的 +5V電源，降低了電源設(shè)計的復(fù)雜度。

2.8 無需外部時鐘

減少了外部時鐘電路的設(shè)計，降低了成本和干擾。

2.9 節(jié)省空間的封裝

采用新的SSOP封裝，節(jié)省了電路板空間，適合小型化設(shè)計。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

這些ADC廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括：

• 數(shù)字信號處理：在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，高速準(zhǔn)確的ADC是實現(xiàn)信號處理的基礎(chǔ)。
• 高速數(shù)據(jù)采集：可快速采集大量的模擬信號，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
• 電信：在通信系統(tǒng)中，用于信號的采集和處理，確保通信的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
• 高速伺服控制：為伺服控制系統(tǒng)提供精確的反饋信號，實現(xiàn)高速、精確的控制。
• 音頻儀器：在音頻設(shè)備中，用于音頻信號的采集和處理，保證音頻質(zhì)量。

四、電氣特性

4.1 精度

• 分辨率：8位分辨率，能夠提供足夠的精度來滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。
• 總未調(diào)整誤差：MAX15_A、MX782_L/C/U的誤差為±1/2 LSB，MAX15_B、MX782_K/B/T的誤差為±1 LSB。
• 無缺失碼分辨率：8位，確保轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 通道間失配：±1/4 LSB，保證各通道之間的一致性。

4.2 參考輸入

• 參考電阻：1 - 4 kΩ。
• VREF + 輸入電壓范圍：VREF - 至VDD。
• VREF - 輸入電壓范圍：GND至VREF +。

4.3 參考輸出（僅MAX154/MAX158）

• 輸出電壓：在TA = +25°C時，為2.47 - 2.53V。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：在IL = 0mA至10mA，TA = +25°C時，為 -6至 -10mV。
• 電源靈敏度：在VDD ±5%，TA = +25°C時，為±1至±3mV。
• 溫度漂移：不同型號的溫度漂移范圍有所不同，如MAX15_C為40 - 70 ppm/°C。
• 輸出噪聲：200μV/rms。
• 電容負(fù)載：0.01μF。

4.4 模擬輸入

• 模擬輸入電壓范圍：VREF - 至VREF +。
• 模擬輸入電容：45pF。
• 模擬輸入電流：任何通道，AIN = 0V至5V時，為±3μA。
• 跟蹤轉(zhuǎn)換速率：0.7 - 0.157V/μs。

4.5 邏輯輸入

• 輸入高電壓：2.4V。
• 輸入低電壓：0.8V。
• 輸入高電流：1μA。
• 輸入低電流： -1μA。
• 輸入電容：5 - 8pF。

4.6 邏輯輸出

• 輸出高電壓：DB0 - DB7、–I - N - T–；IOUT = -360μA時，為4.0V。
• 輸出低電壓：DB0 - DB7、–I - N - T–；RDY，IOUT = 1.6mA時，為0.4V；IOUT = 2.6mA時，也為0.4V。
• 三態(tài)輸出電流：DB0 - DB7、RDY；VOUT = 0V至VDD時，為±3μA。
• 輸出電容：5 - 8pF。

4.7 電源

• 電源電壓：5V ±5%，以確保指定的性能。
• 電源電流：–C - S– = –R - D– = 2.4V時，為15mA。
• 功耗：25 - 75mW。
• 電源靈敏度：VDD = ±5%時，為±1/16至±1/4 LSB。

五、時序特性

不同型號和條件下，各時序參數(shù)有所不同。例如，–C - S–到–R - D–的建立時間和保持時間均為0ns；多路復(fù)用器地址建立時間為0ns，保持時間在30 - 40ns之間；轉(zhuǎn)換時間（模式0）在1.6 - 2.8μs之間等。這些時序參數(shù)對于確保ADC與其他設(shè)備的協(xié)同工作至關(guān)重要。

六、典型工作特性

6.1 參考溫度漂移

參考輸出電壓會隨溫度變化而產(chǎn)生漂移，不同型號的漂移特性有所差異。

6.2 電源電流與溫度關(guān)系

電源電流會隨著溫度的變化而變化，了解這種關(guān)系有助于優(yōu)化電源設(shè)計。

6.3 精度與轉(zhuǎn)換間隔的關(guān)系

轉(zhuǎn)換間隔時間會影響ADC的精度，合理設(shè)置轉(zhuǎn)換間隔可以提高系統(tǒng)的性能。

七、引腳描述

詳細(xì)介紹了MAX154/MX7824和MAX158/MX7828的引腳功能，包括模擬輸入通道、參考輸出、數(shù)據(jù)輸出、控制輸入等引腳。例如，AIN1 - AIN8為模擬輸入通道；REF OUT TP在MAX154/MAX158中為2.5V參考輸出，在MX7824/MX7828中為測試點；DB0 - DB7為三態(tài)數(shù)據(jù)輸出等。

八、詳細(xì)工作原理

8.1 轉(zhuǎn)換操作

采用“半閃存”轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用兩個4位閃存ADC部分實現(xiàn)8位轉(zhuǎn)換結(jié)果。上4位（MS）閃存ADC通過15個比較器將未知輸入電壓與參考梯形進(jìn)行比較，提供上四位數(shù)據(jù)位。內(nèi)部DAC利用MS位生成模擬信號，剩余電壓由15個LS（最低有效）閃存比較器與參考梯形進(jìn)行比較，得到下四位輸出位。

8.2 操作序列

轉(zhuǎn)換由RD和CS的下降沿觸發(fā)。比較器輸入在約1μs內(nèi)跟蹤模擬輸入電壓，之后MS閃存結(jié)果鎖存到輸出緩沖區(qū)，LS轉(zhuǎn)換開始。約600ns后，INT變低，指示轉(zhuǎn)換結(jié)束，下四位數(shù)據(jù)鎖存到輸出緩沖區(qū)，此時可通過CS和RD輸入訪問數(shù)據(jù)。

九、數(shù)字接口

9.1 控制輸入

僅使用片選（CS）和讀取（RD）作為控制輸入。讀取操作（CS和RD置低）會鎖存多路復(fù)用器地址輸入并啟動轉(zhuǎn)換。

9.2 接口模式

• 模式0：適用于可進(jìn)入WAIT狀態(tài)的微處理器。RD保持低電平直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換開始后數(shù)據(jù)輸出保持高阻態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)可讀。有中斷（INT）和就緒（RDY）兩個狀態(tài)輸出，RDY為開漏輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)束時變?yōu)楦咦钁B(tài)；INT轉(zhuǎn)換完成時變低，CS或RD上升沿時變高。
• 模式1：適用于無需微處理器進(jìn)入WAIT狀態(tài)的應(yīng)用。讀取操作同時啟動轉(zhuǎn)換并讀取上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果，INT在CS或RD上升沿變高，轉(zhuǎn)換結(jié)束時變低，需要第二次讀取操作讀取本次轉(zhuǎn)換結(jié)果，兩次讀取操作之間需間隔2.5μs。

十、模擬考慮因素

10.1 參考和輸入

VREF + 和VREF - 輸入定義了ADC的零和滿量程。對于MAX154/MAX158，需使用0.01μF旁路電容到GND以降低內(nèi)部參考的高頻輸出阻抗。

10.2 旁路

VDD引腳需使用47μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到GND，參考輸入若由長線驅(qū)動，需在參考輸入引腳使用0.1μF電容旁路到GND。

10.3 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)比較器在不同周期會從輸入獲取不同電流。輸入可建模為等效RC網(wǎng)絡(luò)，源阻抗過大會導(dǎo)致建立誤差，因此驅(qū)動轉(zhuǎn)換器輸入的放大器需在約1MHz處有足夠的環(huán)路增益以保持低輸出阻抗。

10.4 輸入濾波

采樣數(shù)據(jù)比較器引起的模擬輸入瞬變不會影響轉(zhuǎn)換器性能，因為ADC在瞬變發(fā)生時不采樣輸入，無需在AIN端子使用外部電容濾波。

10.5 正弦輸入

MAX154/MAX158和MX7824/MX7828可測量高達(dá)157mV/μs的輸入信號，在無外部跟蹤/保持的情況下，模擬輸入頻率可達(dá)10kHz。最大采樣率受轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換間隔時間限制，MAX158/MX7828每通道最大采樣率為50kHz，MAX154/MX7824每通道為100kHz，高于10kHz輸入帶寬的奈奎斯特采樣率要求。

10.6 雙極性輸入操作

可使用特定電路實現(xiàn)雙極性輸入操作，輸入電壓通過放大器縮放，MX7824/MX7828需使用外部參考，模擬輸入范圍為±4V，輸出代碼為互補偏移二進(jìn)制。

十一、訂購信息

提供了不同型號的溫度范圍、引腳封裝和誤差規(guī)格等信息，方便工程師根據(jù)實際需求選擇合適的產(chǎn)品。

綜上所述，MAX154/MAX158和MX7824/MX7828以其高速、高精度、多通道等特性，為電子工程師在數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域提供了強大的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇和使用這些ADC，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。大家在使用這些ADC的過程中，是否遇到過一些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。