MAX1034/MAX1035：8/4通道、±VREF多量程輸入串行14位ADC

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們來深入探討MAXIM公司的兩款出色的ADC產(chǎn)品——MAX1034和MAX1035。這兩款14位逐次逼近型ADC，具有多量程、低功耗等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域有著廣泛的應用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1034/MAX1035是由MAXIM推出的多量程、低功耗14位逐次逼近型模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。它們采用單 +5V 電源供電，最高吞吐量可達115ksps。同時，獨立的數(shù)字電源允許其與2.7V至5.25V的系統(tǒng)進行數(shù)字接口，通過SPI - /QSPI? - /MICROWIRE?兼容的串行接口實現(xiàn)通信。

1. 通道配置

• MAX1034：提供8個單端或4個真差分模擬輸入通道。
• MAX1035：提供4個單端或2個真差分模擬輸入通道。

2. 輸入范圍

每個模擬輸入通道都可以通過軟件獨立編程，支持七種單端輸入范圍（0V至 +VREF/2、 -VREF/2至0V、0V至 +VREF、 -VREF至0V、±VREF/4、±VREF/2和±VREF）和三種差分輸入范圍（±VREF/2、±VREF和±2 x VREF）。

3. 參考電壓

芯片內(nèi)部集成了 +4.096V 的參考電壓，也可以接受3.800V至4.136V的外部參考電壓。

4. 封裝與工作溫度

MAX1034采用24引腳TSSOP封裝，MAX1035采用20引腳TSSOP封裝，兩款器件的工作溫度范圍均為 -40°C至 +85°C。

二、電氣特性

1. 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護器件至關(guān)重要。例如，電源電壓的范圍在 -0.3V至 +6V之間，各引腳的電壓和電流也有相應的限制。在設(shè)計電路時，必須確保所有參數(shù)都在額定值范圍內(nèi)，否則可能會對器件造成永久性損壞。

2. 直流精度

• 分辨率：14位，能夠提供較高的精度。
• 積分非線性（INL）：±0.25至±1 LSB。
• 差分非線性（DNL）：無丟失碼，±1 LSB。

3. 動態(tài)特性

• 信噪比（SNR）：在不同的輸入范圍和采樣率下，SNR表現(xiàn)良好，最高可達84.5dB。
• 總諧波失真（THD）： -98dB，保證了信號的純凈度。

4. 轉(zhuǎn)換速率

根據(jù)不同的工作模式（外部時鐘模式、外部采集模式和內(nèi)部時鐘模式），轉(zhuǎn)換速率有所不同，最高可達115ksps。

5. 模擬輸入特性

• 帶寬：小信號帶寬為2MHz，全功率帶寬為700kHz，能夠滿足大多數(shù)應用的需求。
• 輸入范圍：支持多種單端和差分輸入范圍，并且具有±6V的過壓耐受能力。

6. 參考電壓特性

內(nèi)部參考電壓為4.096V，溫度系數(shù)為±30ppm/°C。外部參考電壓范圍為3.800V至4.136V。

7. 數(shù)字輸入輸出特性

數(shù)字輸入輸出引腳具有特定的電壓和電流要求，例如輸入高電壓為0.7 x VDVDDO，輸入低電壓為0.3 x VDVDDO等。

8. 電源要求

需要多個電源供電，包括模擬電源AVDD1、AVDD2，數(shù)字電源DVDD、DVDDO等。每個電源都有相應的電壓范圍和典型電流消耗。

三、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了不同參數(shù)之間的關(guān)系，如電源電流與電源電壓、轉(zhuǎn)換速率的關(guān)系，增益漂移和偏移漂移與溫度的關(guān)系等。這些特性曲線可以幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能，從而優(yōu)化電路設(shè)計。

四、引腳描述

詳細介紹了每個引腳的功能，包括電源引腳、模擬輸入引腳、數(shù)字輸入輸出引腳等。例如，AVDD1是模擬電源電壓1，需要連接到 +4.75V至 +5.25V的電源，并通過0.1μF的電容旁路到AGND1。在設(shè)計PCB時，必須根據(jù)引腳功能正確連接各個引腳，以確保器件正常工作。

五、詳細描述

1. 轉(zhuǎn)換器操作

采用全差分、逐次逼近寄存器（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和片上跟蹤保持（T/H）電路，將電壓信號轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字結(jié)果。支持單端和差分配置，具有可編程的單極性和雙極性信號范圍。

2. 跟蹤保持電路

采用開關(guān)電容T/H架構(gòu)，允許將模擬輸入信號作為電荷存儲在采樣電容上。不同的工作模式下，T/H的時序和采樣時刻有所不同。

3. 模擬輸入電路

模擬輸入可以通過寫入模擬輸入配置字節(jié)單獨配置為差分或單端轉(zhuǎn)換。輸入信號源需要能夠驅(qū)動6kΩ的輸入電阻。模擬輸入具有±6V的故障耐受能力，通過背對背二極管進行保護。

4. 模擬輸入帶寬

輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號帶寬，能夠數(shù)字化高速瞬態(tài)事件。但在數(shù)字化高于15kHz的信號頻率時，諧波失真會增加。

5. 模擬輸入范圍和故障耐受

每個模擬輸入通道可以獨立編程為不同的輸入范圍，并且具有±6V的故障耐受能力。任何超出滿量程范圍但在±6V故障耐受范圍內(nèi)的電壓，都會導致該通道輸出滿量程電壓。

6. 差分共模范圍

差分共模范圍（VCMDR）必須保持在 -4.75V至 +5.5V之間，以獲得有效的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

六、數(shù)字接口

采用SPI/QSPI和MICROWIRE兼容的串行接口，支持雙向通信。通過該接口可以選擇輸入通道配置、輸入范圍、工作模式，啟動轉(zhuǎn)換并讀取結(jié)果。

1. 芯片選擇（CS）

CS引腳用于啟用與MAX1034/MAX1035的通信。當CS為低電平時，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿從DIN輸入到器件，在SCLK的下降沿從DOUT輸出。

2. 串行選通輸出（SSTRB）

SSTRB引腳在ADC完成轉(zhuǎn)換后變?yōu)楦唠娖?，指示結(jié)果可以被讀取。在外部時鐘模式下，SSTRB始終為低電平。

3. 起始位

通信通過三種輸入數(shù)據(jù)字格式進行，每個數(shù)據(jù)字以起始位開始。起始位的定義與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)和工作模式有關(guān)。

4. 輸出數(shù)據(jù)格式

輸出數(shù)據(jù)以偏移二進制格式在SCLK的下降沿從DOUT輸出，最高有效位（MSB）優(yōu)先。

七、模式控制

通過模式控制字節(jié)選擇轉(zhuǎn)換方法和控制電源模式，包括外部時鐘模式、外部采集模式、內(nèi)部時鐘模式、復位、部分掉電和完全掉電模式。

1. 選擇轉(zhuǎn)換方法

• 外部時鐘模式（模式0）：最高的最大吞吐量，用戶控制采樣時刻，CS在轉(zhuǎn)換期間保持低電平。
• 外部采集模式（模式1）：最低的最大吞吐量，用戶控制采樣時刻，在轉(zhuǎn)換期間可以釋放處理器負載。
• 內(nèi)部時鐘模式（模式2）：較高的最大吞吐量，內(nèi)部時鐘控制采樣時刻，在轉(zhuǎn)換期間可以釋放處理器負載。

2. 復位（模式4）

將器件復位到默認條件，即全功率運行，每個通道配置為±VREF、雙極性、單端轉(zhuǎn)換，使用外部時鐘模式。

3. 部分掉電模式（模式6）

除參考電壓發(fā)生器和偏置電源外，所有模擬部分都掉電。

4. 完全掉電模式（模式7）

所有模擬部分都掉電，總電源電流降至1μA（典型值）。

八、內(nèi)部或外部參考

可以使用內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考為4.096V的帶隙參考，使用時需要將REFCAP和REF通過電容旁路到AGND1。外部參考時，將REFCAP連接到AVDD1，REF接受外部參考電壓。

九、應用信息

1. 降噪

通過過采樣可以減少轉(zhuǎn)換結(jié)果中的過渡噪聲影響，采樣次數(shù)的平方根決定了性能的改善程度。

2. 與4 - 20mA信號接口

可以將4 - 20mA信號轉(zhuǎn)換為適合MAX1034/MAX1035輸入的電壓信號，用于二進制開關(guān)或精密通信應用。

3. 電橋應用

在電橋應用中，MAX1034/MAX1035比類似的Σ - Δ轉(zhuǎn)換器更能準確地轉(zhuǎn)換1kHz信號。對于不能容忍輸入阻抗影響的應用，可以對輸入進行緩沖。

4. 動態(tài)調(diào)整輸入范圍

通過軟件控制每個通道的模擬輸入范圍，可以動態(tài)改變輸入范圍，提高某些應用的性能。

5. 布局、接地和旁路

PCB布局對于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。應使用獨立的模擬和數(shù)字接地平面，避免模擬和數(shù)字線路平行或數(shù)字線路在器件封裝下方。同時，對電源進行適當?shù)呐月冯娙菖渲?，以減少噪聲影響。

十、參數(shù)定義

對一些重要的參數(shù)進行了定義，如積分非線性（INL）、差分非線性（DNL）、過渡噪聲、通道間隔離等。了解這些參數(shù)的含義和計算方法，有助于準確評估器件的性能。

綜上所述，MAX1034/MAX1035是兩款功能強大的ADC產(chǎn)品，具有多量程、低功耗、高精度等優(yōu)點。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、輸入范圍和參考電壓，同時注意PCB布局和電源管理，以充分發(fā)揮器件的性能。大家在使用過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。