MAX154/MAX158：高速8位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬信號到數(shù)字信號的轉(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)的精度和速度。今天，我們就來深入了解一下MAXIM公司的兩款高性能CMOS高速8位ADC——MAX154和MAX158。

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一、產(chǎn)品概述

MAX154和MAX158是高速多通道模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。MAX154擁有四個(gè)模擬輸入通道，而MAX158則具備八個(gè)通道，它們的轉(zhuǎn)換時(shí)間均為2.5μs。這兩款轉(zhuǎn)換器還集成了2.5V片上參考電壓源，構(gòu)成了一個(gè)完整的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，它們內(nèi)置了跟蹤/保持功能，無需外部跟蹤/保持電路，模擬輸入范圍為0V至 +5V，并且僅需單一的 +5V電源供電。其微處理器接口也十分簡潔，能夠像內(nèi)存位置或I/O端口一樣工作，無需外部邏輯，數(shù)據(jù)輸出采用鎖存的三態(tài)緩沖電路，可直接連接到微處理器數(shù)據(jù)總線或系統(tǒng)輸入端口。

二、產(chǎn)品特性

2.1 單芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

MAX154/MAX158將多個(gè)功能集成于一個(gè)芯片中，大大簡化了設(shè)計(jì)，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

MAX154的四個(gè)通道和MAX158的八個(gè)通道，為不同的應(yīng)用場景提供了更多的選擇，能夠同時(shí)處理多個(gè)模擬信號的采集。

2.3 高速轉(zhuǎn)換

2.5μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間，使得它們能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求，適用于對實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用。

2.4 內(nèi)部參考電壓

2.5V的內(nèi)部參考電壓源，為ADC提供了穩(wěn)定的參考，減少了外部參考電路的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的精度。

2.5 內(nèi)置跟蹤/保持功能

內(nèi)置的跟蹤/保持功能，避免了使用外部跟蹤/保持電路，降低了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

2.6 低誤差

1/2LSB的誤差規(guī)格，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.7 單一電源供電

僅需單一的 +5V電源供電，簡化了電源設(shè)計(jì)，降低了功耗。

2.8 無需外部時(shí)鐘

無需外部時(shí)鐘信號，進(jìn)一步簡化了設(shè)計(jì)。

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(jì)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 數(shù)字信號處理

在數(shù)字信號處理中，需要對模擬信號進(jìn)行高速、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換，MAX154/MAX158的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足這一需求。

3.2 高速數(shù)據(jù)采集

對于需要快速采集大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、測試測量等，MAX154/MAX158的多通道和高速轉(zhuǎn)換能力使其成為理想的選擇。

3.3 電信

在電信領(lǐng)域，對信號的處理速度和精度要求較高，MAX154/MAX158能夠?yàn)殡娦旁O(shè)備提供可靠的信號轉(zhuǎn)換。

3.4 高速伺服控制

高速伺服控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)獲取準(zhǔn)確的反饋信號，MAX154/MAX158的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足這一要求。

3.5 音頻儀器

在音頻儀器中，需要對音頻信號進(jìn)行高精度的轉(zhuǎn)換，MAX154/MAX158的低誤差和高分辨率能夠保證音頻信號的質(zhì)量。

四、電氣特性

4.1 精度

分辨率為8位，總未調(diào)整誤差（MAX15_A為±1/2 LSB，MAX15_B為±1 LSB），通道間失配為±1/4 LSB，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 參考輸入

參考電阻為1 - 4 kΩ，VREF+輸入電壓范圍為VREF - 至VDD，VREF - 輸入電壓范圍為GND至VREF+。

4.3 參考輸出

輸出電壓為2.47 - 2.53V（TA = +25°C），負(fù)載調(diào)整率為 -6 - -10 mV，電源靈敏度為±1 - ±3 mV，溫度漂移根據(jù)不同型號有所不同（MAX15_ C為40 - 70 ppm/°C，MAX15 E為40 - 70 ppm/°C，MAX15 _M為60 - 100 ppm/°C），輸出噪聲為200 μV/rms，電容負(fù)載為0.01 μF。

4.4 模擬輸入

模擬輸入電壓范圍為VREF - 至VREF+，輸入電容為45 pF，輸入電流為±3 μA，跟蹤轉(zhuǎn)換速率為0.7 - 0.157 V/μs。

4.5 邏輯輸入

輸入高電壓為2.4V，輸入低電壓為0.8V，輸入高電流為1 μA，輸入低電流為 -1 μA，輸入電容為5 - 8 pF。

4.6 邏輯輸出

輸出高電壓為4.0V，輸出低電壓為0.4V，三態(tài)輸出電流為±3 HA，輸出電容為5 - 8 pF。

4.7 電源

電源電壓為5V ±5%，電源電流為15 mA，功耗為25 - 75 mW，電源靈敏度為±1/16 - ±1/4 LSB。

五、工作原理

5.1 轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX154/MAX158采用“半閃存”轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過兩個(gè)4位閃存ADC轉(zhuǎn)換器部分實(shí)現(xiàn)8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。上4位MS（最高有效）閃存ADC使用15個(gè)比較器將未知輸入電壓與參考梯級進(jìn)行比較，提供上四位數(shù)據(jù)位。內(nèi)部DAC利用MS位從第一次閃存轉(zhuǎn)換中生成模擬信號，剩余電壓（代表未知輸入與DAC電壓之間的差值）由15個(gè)LS（最低有效）閃存比較器與參考梯級進(jìn)行比較，以獲得下四位輸出位。

5.2 操作序列

轉(zhuǎn)換由RD和CS的下降沿啟動(dòng)。比較器輸入在大約1μs內(nèi)跟蹤模擬輸入電壓。第一個(gè)周期后，MS閃存結(jié)果被鎖存到輸出緩沖器中，LS轉(zhuǎn)換開始。大約600ns后，INT變低，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，下四位被鎖存到輸出緩沖器中。此時(shí)，可以使用CS和RD輸入訪問數(shù)據(jù)。

六、數(shù)字接口

6.1 控制輸入

MAX154/MAX158僅使用片選（CS）和讀取（RD）作為控制輸入。讀取操作（將CS和RD置低）鎖存多路復(fù)用器地址輸入并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。

6.2 接口模式

• 模式0：適用于能夠進(jìn)入WAIT狀態(tài)的微處理器。將CS和RD置低鎖存模擬多路復(fù)用器地址并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)輸出DB0 - DB7在轉(zhuǎn)換完成前保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。有兩個(gè)狀態(tài)輸出：中斷（INT）和就緒（RDY）。RDY是開漏輸出，在CS下降沿變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)楦咦杩?。INT在轉(zhuǎn)換完成時(shí)變低，在CS或RD上升沿返回高電平。
• 模式1：適用于不需要微處理器進(jìn)入WAIT狀態(tài)的應(yīng)用。將CS和RD置低鎖存多路復(fù)用器地址并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，同時(shí)立即讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。INT在CS或RD上升沿變高，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變低。需要第二次讀取操作來讀取本次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，兩次讀取操作之間需要2.5μs的延遲。

七、模擬考慮因素

7.1 參考和輸入

VREF+和VREF - 輸入定義了ADC的零和滿量程。VREF - 的電壓等于產(chǎn)生全零輸出代碼的輸入電壓，VREF+的電壓等于產(chǎn)生全一輸出代碼的輸入電壓。

7.2 旁路

VDD引腳應(yīng)使用47μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到GND，以減少轉(zhuǎn)換誤差和提高穩(wěn)定性。如果參考輸入由長線驅(qū)動(dòng)，應(yīng)在參考輸入引腳處使用0.1μF電容旁路到GND。

7.3 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)比較器根據(jù)所處周期從輸入獲取不同量的電流。輸入可以建模為等效RC網(wǎng)絡(luò)，源阻抗過大會導(dǎo)致建立誤差，因此驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器輸入的放大器應(yīng)在約1MHz處具有足夠的環(huán)路增益以保持低輸出阻抗。

7.4 輸入濾波

采樣數(shù)據(jù)比較器在模擬輸入中引起的瞬態(tài)不會降低轉(zhuǎn)換器的性能，因?yàn)锳DC在這些瞬態(tài)發(fā)生時(shí)不“查看”輸入。因此，不需要在AIN端子上使用外部電容來過濾這些瞬態(tài)。

7.5 正弦輸入

MAX154/MAX158能夠測量高達(dá)157mV/μs的輸入信號轉(zhuǎn)換速率，在不使用外部跟蹤/保持的情況下，模擬輸入頻率最高可達(dá)10kHz。最大采樣率受轉(zhuǎn)換時(shí)間（典型tCRD = 2μs）和轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間（tp = 500 ns）限制，計(jì)算可得最大采樣率為400kHz。使用MAX158時(shí)，每個(gè)通道的最大采樣率為50kHz；使用MAX154時(shí)，每個(gè)通道的最大采樣率為100kHz，這些速率遠(yuǎn)高于10kHz輸入帶寬的奈奎斯特采樣率要求。

7.6 雙極性輸入操作

可以使用特定電路實(shí)現(xiàn)雙極性輸入操作，輸入電壓通過放大器縮放，使ADC輸入僅出現(xiàn)正電壓，模擬輸入范圍為±4V，輸出代碼為互補(bǔ)偏移二進(jìn)制。

八、訂購信息

MAX154和MAX158提供多種溫度范圍和封裝選項(xiàng)，誤差規(guī)格也有所不同，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。例如，對于商業(yè)級應(yīng)用，可以選擇0°C至 +70°C溫度范圍的產(chǎn)品；對于工業(yè)級應(yīng)用，可以選擇 -40°C至 +85°C溫度范圍的產(chǎn)品；對于軍事級應(yīng)用，可以選擇 -55°C至 +125°C溫度范圍的產(chǎn)品。封裝方面，有DIP、SO、SSOP等多種選擇，以滿足不同的電路板設(shè)計(jì)需求。

九、總結(jié)

MAX154和MAX158是兩款性能卓越的高速8位ADC，具有多通道、高速轉(zhuǎn)換、高精度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇產(chǎn)品型號和封裝，同時(shí)注意模擬輸入、參考電壓、電源等方面的設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用MAX154/MAX158的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。