MAX1261/MAX1263：高性能12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)的精度和穩(wěn)定性。今天，我們就來(lái)深入了解一下MAXIM公司的兩款高性能12位ADC——MAX1261和MAX1263。

文件下載：MAX1261.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1261/MAX1263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），還具備兩種軟件可選的掉電模式，能在轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉器件，降低功耗。

二、關(guān)鍵特性

1. 高精度與高分辨率

• 12位分辨率：提供了較高的轉(zhuǎn)換精度，線性度可達(dá) ±0.5 LSB，能滿足大多數(shù)對(duì)精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 出色的動(dòng)態(tài)性能：在50kHz輸入信號(hào)、250ksps采樣率下，信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）可達(dá)70dB，總諧波失真（THD）低至 -78dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為80dB，展現(xiàn)了優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)特性。

2. 靈活的輸入配置

• 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。MAX1261在單端模式下有8個(gè)輸入通道，MAX1263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)通道，能適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

3. 低功耗設(shè)計(jì)

• 多種功耗模式：具備低功耗特性，在不同采樣率下電流消耗不同，如250ksps時(shí)為1.9mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，掉電模式下僅為2μA，非常適合電池供電的應(yīng)用。

4. 便捷的接口與小封裝

• 字節(jié)并行接口：采用8 + 4的字節(jié)并行接口，方便與標(biāo)準(zhǔn)微處理器連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 小尺寸封裝：MAX1261采用28引腳QSOP封裝，MAX1263采用24引腳QSOP封裝，節(jié)省了電路板空間。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

• 電壓范圍：VDD和VLOGIC相對(duì)于GND的電壓范圍為 -0.3V至 +6V，模擬輸入通道CH0 - CH7和COM相對(duì)于GND的電壓范圍為 -0.3V至 (VDD + 0.3V)，確保了器件在一定電壓波動(dòng)下的安全性。
• 功耗與溫度范圍：不同封裝的連續(xù)功率耗散不同，24引腳QSOP在 +70°C以上以9.5mW/°C降額，28引腳QSOP以8.0mW/°C降額。工作溫度范圍分為0°C至 +70°C和 -40°C至 +85°C兩種，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至 +150°C。

2. 電氣特性

• 直流精度：分辨率為12位，相對(duì)精度（INL）在MAX126_A型號(hào)中為 ±0.5 LSB，MAX126_B型號(hào)中為 ±1 LSB，差分非線性（DNL）在全溫度范圍內(nèi)不超過(guò) ±1 LSB，確保了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 動(dòng)態(tài)特性：如前文所述，在特定條件下的SINAD、THD、SFDR等指標(biāo)表現(xiàn)出色，為信號(hào)處理提供了可靠保障。
• 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間根據(jù)不同的時(shí)鐘和采集模式有所不同，外部時(shí)鐘模式下為3.3μs，外部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下為2.5 - 3.5μs，內(nèi)部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下為3.2 - 4.1μs。

3. 時(shí)序特性

詳細(xì)規(guī)定了CLK周期、脈沖寬度、數(shù)據(jù)有效時(shí)間等時(shí)序參數(shù)，確保了器件與外部電路的同步工作。例如，CLK周期為208ns，CLK脈沖寬度高和低均為40ns等。

四、工作原理與操作

1. 轉(zhuǎn)換器操作

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）輸出格式便于與標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口。

2. 單端和偽差分操作

• 單端模式：IN+內(nèi)部切換到相應(yīng)的輸入通道，IN - 切換到COM。
• 偽差分模式：IN+和IN - 從模擬輸入對(duì)中選擇，僅采樣IN+的信號(hào)，IN - 需在轉(zhuǎn)換期間保持穩(wěn)定。

3. 模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管可使每個(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，輸入電壓不應(yīng)超過(guò) (VDD + 50mV) 或低于 (GND - 50mV)。

4. 跟蹤/保持

T/H階段在WR上升沿進(jìn)入跟蹤模式，根據(jù)不同的采集模式進(jìn)入保持模式。采集時(shí)間與輸入信號(hào)的源阻抗有關(guān)，可通過(guò)公式 (t{ACQ}=9left(RS{S}+R{IN}right) C{IN}) 計(jì)算。

5. 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?？刂谱止?jié)中的ACQMOD位提供內(nèi)部和外部?jī)煞N采集選項(xiàng)，轉(zhuǎn)換周期為13個(gè)時(shí)鐘周期。

6. 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中斷信號(hào)INT用于標(biāo)志轉(zhuǎn)換結(jié)束和輸出數(shù)據(jù)就緒，INT變低表示轉(zhuǎn)換完成，在第一次讀取周期或?qū)懭胄驴刂谱止?jié)時(shí)變高。

7. 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決定時(shí)鐘模式。內(nèi)部時(shí)鐘模式可減輕微處理器負(fù)擔(dān)，外部時(shí)鐘模式需提供100kHz至4.8MHz、占空比為30%至70%的時(shí)鐘信號(hào)。

8. 數(shù)字接口

輸入和輸出數(shù)據(jù)通過(guò)三態(tài)并行接口復(fù)用，CS、WR和RD信號(hào)控制讀寫操作。輸入格式為控制字節(jié)，輸出格式在單極性模式下為二進(jìn)制，雙極性模式下為補(bǔ)碼。

五、應(yīng)用信息

1. 上電復(fù)位

上電時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位電路使器件進(jìn)入外部時(shí)鐘模式并將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。

2. 內(nèi)部和外部參考

• 內(nèi)部參考：提供 +2.5V參考電壓，可通過(guò)外部電位器進(jìn)行小范圍調(diào)整（±100mV），需在REF和GND之間連接4.7μF電容以減少噪聲。
• 外部參考：可連接到REF或REFADJ，使用REFADJ輸入時(shí)無(wú)需緩沖外部參考，使用REF輸入時(shí)需禁用內(nèi)部參考緩沖器。

3. 掉電模式

• 待機(jī)模式：供應(yīng)電流典型值為850μA，在WR上升沿上電并準(zhǔn)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可降低低于250ksps轉(zhuǎn)換率時(shí)的功耗。
• 關(guān)機(jī)模式：關(guān)閉所有消耗靜態(tài)電流的芯片功能，轉(zhuǎn)換完成后供應(yīng)電流典型值降至2μA，WR上升沿退出關(guān)機(jī)模式，使用4.7μF參考旁路電容時(shí)，上電后需500μs達(dá)到12位精度。

4. 傳輸函數(shù)

單極性和雙極性模式有不同的滿量程和零量程電壓范圍，輸出編碼為二進(jìn)制，1 LSB = (VREF / 4096)。

5. 最大采樣率與300ksps實(shí)現(xiàn)

在4.8MHz最大時(shí)鐘頻率下，每19個(gè)時(shí)鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)250ksps的吞吐量。通過(guò)先寫入控制字開始下一次轉(zhuǎn)換的采集周期，再讀取上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果，每16個(gè)時(shí)鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)300ksps的吞吐量，但可能會(huì)引入額外的電源噪聲。

6. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，應(yīng)使用印刷電路板，確保模擬和數(shù)字走線分離，避免平行布線和在ADC封裝下方布置數(shù)字信號(hào)路徑。使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地部分，通過(guò)星點(diǎn)連接。在VDD和星地之間使用0.1μF和4.7μF的并聯(lián)電容進(jìn)行旁路，以降低電源噪聲。

六、總結(jié)

MAX1261/MAX1263以其高精度、低功耗、靈活的輸入配置和便捷的接口等特性，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、能源管理、患者監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮這兩款A(yù)DC的優(yōu)勢(shì)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用類似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。