探索 MAX1272/MAX1273：多功能 12 位 ADC 的卓越性能

在電子工程師的工具箱中，一款合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集和處理的關(guān)鍵。今天，我們就來深入了解 Maxim 推出的 MAX1272/MAX1273，這兩款具備故障保護(hù)和軟件可選輸入范圍的 12 位 ADC，看看它們在各類應(yīng)用中能帶來怎樣的驚喜。

文件下載：MAX1273.pdf

一、器件概述

MAX1272/MAX1273 是多量程 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用單 5V 電源供電。它們的獨(dú)特之處在于軟件可編程的模擬輸入，能接受多種電壓范圍。對于 MAX1272 有 ±10V、±5V、0 到 10V、0 到 5V；MAX1273 則是 ±VREF、±VREF/2、0 到 VREF、0 到 VREF/2。這種軟件可選的擴(kuò)展模擬輸入范圍，有效將動態(tài)范圍提升至 14 位，還能讓 4 - 20mA 供電傳感器直接與 5V 系統(tǒng)連接，非常方便。而且，MAX1272 還具備 ±12V 的故障保護(hù)功能，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

其他特性也十分出色，例如擁有 5MHz 的跟蹤/保持（T/H）帶寬、87ksps 的吞吐量，并且支持內(nèi)部（4.096V）或外部（2.40V 到 4.18V）參考電壓。其串行接口能直接連接到 SPI/QSPI?/MICROWIRE? 兼容設(shè)備，無需額外的外部邏輯。此外，還有四種軟件可編程的掉電模式，能在轉(zhuǎn)換之間實(shí)現(xiàn)低電流關(guān)機(jī)，在待機(jī)模式下，內(nèi)部參考緩沖器仍保持活動，避免了啟動延遲。

二、關(guān)鍵特性剖析

2.1 輸入范圍靈活選擇

MAX1272 和 MAX1273 都提供四種軟件可選的輸入范圍，這使得工程師可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置。比如在工業(yè)控制中，可能需要測量不同范圍的電壓信號，通過簡單的軟件設(shè)置就可以滿足多樣化的測量需求。

2.2 高分辨率與高精度

12 位的分辨率，保證了沒有丟失碼，能提供精準(zhǔn)的數(shù)字輸出。同時，積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)秀，在不同的輸入范圍內(nèi)都能保持較低的誤差。

2.3 低功耗設(shè)計(jì)

在不同的采樣率下，其功耗表現(xiàn)都非常出色。例如在 87ksps 時為 1.5mA，10ksps 時為 0.4mA，1ksps 時僅為 0.2mA。而且四種掉電模式進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的整體功耗，適合電池供電等對功耗要求較高的應(yīng)用場景。

2.4 強(qiáng)大的接口兼容性

SPI/QSPI/MICROWIRE 兼容的 3 線接口，方便與各種微控制器和其他數(shù)字設(shè)備進(jìn)行連接，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

三、電氣特性詳解

3.1 精度參數(shù)

分辨率為 12 位，在整個溫度范圍內(nèi)都能保證穩(wěn)定的性能。積分非線性（INL）最大為 ±1.0 LSB，差分非線性（DNL）最大為 ±1.00 LSB，且無丟失碼，確保了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

3.2 動態(tài)特性

信號 - 噪聲 + 失真比（SINAD）可達(dá) 72dB，總諧波失真（THD）低至 -87dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）高達(dá) 88dB，這些指標(biāo)表明在處理動態(tài)信號時，能夠有效減少噪聲和失真，提供高質(zhì)量的數(shù)字輸出。

3.3 輸入特性

模擬輸入的小信號帶寬會根據(jù)所選的輸入范圍有所不同，從 1.25MHz 到 5MHz 不等。輸入電流和電容等參數(shù)也在合理范圍內(nèi)，確保了對不同信號源的良好適應(yīng)性。

3.4 電源特性

電源電壓范圍為 4.75V 到 5.25V，在不同的工作模式下，供電電流也有所不同。例如在內(nèi)部參考模式下轉(zhuǎn)換時，雙極性為 2.2 - 3.5mA，單極性為 1.8 - 2.5mA。同時，電源抑制比（PSRR）指標(biāo)也能保證在電源波動時，ADC 的性能不受太大影響。

四、工作原理與操作要點(diǎn)

4.1 轉(zhuǎn)換操作

MAX1272/MAX1273 采用逐次逼近和內(nèi)部跟蹤/保持（T/H）電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字輸出。T/H 跟蹤/采集模式在 8 位輸入控制字的第四個時鐘周期下降沿開始，在第八個時鐘周期下降沿進(jìn)入保持/轉(zhuǎn)換模式。

4.2 輸入范圍設(shè)置

通過設(shè)置控制字節(jié)中的 RNG 和 BIP 位，可以將模擬輸入編程為四種范圍之一。不同的設(shè)置對應(yīng)不同的負(fù)滿量程、零量程和正滿量程，具體可參考相關(guān)表格。

4.3 輸入數(shù)據(jù)格式

輸入數(shù)據(jù)（控制字節(jié)）在 SCLK 的上升沿從 DIN 輸入，CS 用于啟用與 MAX1272/MAX1273 的通信。第一個到達(dá)的 1 代表輸入控制字節(jié)的起始位，明確起始位的條件對于正確啟動轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。

4.4 輸出數(shù)據(jù)格式

輸出數(shù)據(jù)（DOUT）在 SCLK 的下降沿以 MSB 優(yōu)先的方式輸出。單極性模式提供直接二進(jìn)制輸出，雙極性模式提供二進(jìn)制補(bǔ)碼輸出。

4.5 啟動轉(zhuǎn)換

每次轉(zhuǎn)換需要一個控制字節(jié)，編程控制字節(jié)的第四位啟動采集序列，轉(zhuǎn)換在起始位后的第八個時鐘周期下降沿開始。在連續(xù)轉(zhuǎn)換過程中，要保持 CS 為低電平，以確保轉(zhuǎn)換的連續(xù)性。

五、應(yīng)用信息與注意事項(xiàng)

5.1 上電復(fù)位

MAX1272/MAX1273 上電后處于正常工作模式和外部參考模式，需要一個起始位來啟動轉(zhuǎn)換，并且輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容在上電時會被清除。

5.2 參考電壓選擇

可以選擇內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考提供 4.096V 的輸出，需要用 1.0μF 的電容旁路到地。使用外部參考時，要將 8 位控制字中的 REF 位設(shè)置為 0，并且外部參考電壓范圍為 2.40V 到 4.18V。

5.3 掉電模式

四種可編程的掉電模式可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以節(jié)省功耗。在不同的掉電模式下，接口仍然保持活動，轉(zhuǎn)換結(jié)果可以在 DOUT 輸出，同時輸入過壓保護(hù)（MAX1272）也始終有效。

5.4 數(shù)字接口

具有完全兼容的 SPI/QSPI 和 MICROWIRE 串行接口，使用時需要根據(jù)具體的接口類型進(jìn)行相應(yīng)的配置。例如在 SPI 和 QSPI 接口中，要清除微控制器的 SPI 控制寄存器中的 CPOL 和 CPHA。

5.5 布局與布線

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC 板），并確保模擬和數(shù)字走線的適當(dāng)分離。避免模擬和數(shù)字線相互平行，不要在 ADC 封裝下方布置數(shù)字信號路徑。同時，要使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地部分，并通過一個星型點(diǎn)連接，降低噪聲干擾。

六、總結(jié)與展望

MAX1272/MAX1273 以其豐富的特性、出色的性能和靈活的配置，成為了數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、機(jī)器人等眾多領(lǐng)域的理想選擇。對于電子工程師來說，在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時，充分利用其軟件可選輸入范圍、低功耗、高精度等特點(diǎn)，能夠提高系統(tǒng)的性能和可靠性。在未來的應(yīng)用中，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信這類 ADC 會在更多的創(chuàng)新項(xiàng)目中發(fā)揮重要作用。你在實(shí)際項(xiàng)目中是否使用過類似的 ADC？遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。