MAX1080/MAX1081：高性能10位ADC的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們就來深入探討MAXIM公司的兩款優(yōu)秀ADC產(chǎn)品——MAX1080和MAX1081。

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產(chǎn)品概述

MAX1080/MAX1081是10位的ADC，它們將8通道模擬輸入多路復(fù)用器、高帶寬跟蹤/保持（T/H）電路以及串行接口集成在一起，具備高轉(zhuǎn)換速度和低功耗的特點(diǎn)。MAX1080工作在+4.5V至+5.5V的單電源下，而MAX1081則工作在+2.7V至+3.6V的單電源下。這兩款器件的模擬輸入都可以通過軟件配置為單極性/雙極性以及單端/偽差分操作模式。

產(chǎn)品特性

輸入通道與架構(gòu)

• 8通道單端或4通道偽差分輸入：提供了豐富的輸入選擇，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。內(nèi)部集成了多路復(fù)用器和跟蹤/保持電路，使得信號的采集更加高效。

  電源與參考

• 單電源操作：不同的電源范圍適應(yīng)了更多的應(yīng)用場景。
• 內(nèi)部+2.5V參考：為轉(zhuǎn)換提供了穩(wěn)定的參考電壓，并且參考緩沖放大器具有±1.5%的電壓調(diào)整范圍，也可以使用1V至VDD1范圍的外部參考。

  采樣率與功耗

• 高采樣率：MAX1080可達(dá)400ksps，能夠快速采集信號。
• 低功耗：在不同的工作模式下，功耗表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，在400ksps采樣率下為2.5mA，在降低功耗模式（REDP）下為1.3mA，快速掉電模式（FASTPD）下為0.9mA，全掉電模式（FULLPD）下僅為2μA。

  接口與配置

• 4線串行接口：與SPI?/QSPI?和MICROWIRE?設(shè)備直接連接，無需外部邏輯。還可以直接連接到TMS320系列數(shù)字信號處理器。
• 軟件可配置輸入：可以根據(jù)需要選擇單極性或雙極性輸入。

  封裝形式

  采用20引腳的TSSOP封裝，方便在電路板上進(jìn)行布局。

電氣特性

MAX1080

在VDD1 = VDD2 = +4.5V至+5.5V的條件下，分辨率為10位，相對精度（INL）根據(jù)型號不同為±0.5 LSB（MAX1080A）或±1.0 LSB（MAX1080B），微分非線性（DNL）為±1.0 LSB，偏移誤差為±3.0 LSB，增益誤差為±3.0 LSB。動(dòng)態(tài)指標(biāo)方面，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）為60 dB，總諧波失真（THD）為 - 70 dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為70 dB，互調(diào)失真（IMD）為76 dB。轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.5 μs，跟蹤/保持采集時(shí)間為468 ns。

MAX1081

在VDD1 = VDD2 = +2.7V至+3.6V的條件下，分辨率同樣為10位，相對精度（INL）根據(jù)型號不同為±0.5 LSB（MAX1081A）或±1.0 LSB（MAX1081B）。動(dòng)態(tài)指標(biāo)與MAX1080類似，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.3 μs，跟蹤/保持采集時(shí)間為625 ns。

工作原理

偽差分輸入

在單端模式下，正輸入（IN+）連接到所選輸入通道，負(fù)輸入（IN -）設(shè)置為COM；在差分模式下，IN+和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7這些對中選擇。在轉(zhuǎn)換過程中，只有IN+的信號被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對于GND保持穩(wěn)定在±0.5LSB（最佳結(jié)果為±0.1LSB）。

跟蹤/保持

T/H電路在8位控制字的第5位移入后的下降時(shí)鐘沿進(jìn)入跟蹤模式，在第8位移入后的下降時(shí)鐘沿進(jìn)入保持模式。跟蹤/保持采集時(shí)間與輸入信號的源阻抗有關(guān)，計(jì)算公式為 (t{ACQ}=7 timesleft(R{S}+R{IN}right) × 12 pF)，其中 (R{IN}=800 Omega) ，RS為輸入信號的源阻抗，并且tACQ對于MAX1080不小于468ns，對于MAX1081不小于625ns。

輸入帶寬

MAX1080的輸入跟蹤電路具有6MHz的小信號帶寬，MAX1081為3MHz，因此可以使用欠采樣技術(shù)對高速瞬態(tài)事件進(jìn)行數(shù)字化，并測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號。為了避免高頻信號混疊到感興趣的頻帶中，建議使用抗混疊濾波。

模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管將模擬輸入鉗位到VDD1和GND，允許通道輸入引腳在GND - 0.3V至VDD1 + 0.3V范圍內(nèi)擺動(dòng)而不會(huì)損壞。但為了在滿量程附近進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不得超過VDD1 50mV或低于GND 50mV。

應(yīng)用信息

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過將控制字節(jié)時(shí)鐘輸入到DIN來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在CS為低電平時(shí)，SCLK的每個(gè)上升沿將DIN的一位時(shí)鐘輸入到MAX1080/MAX1081的內(nèi)部移位寄存器。第一個(gè)邏輯“1”位定義控制字節(jié)的MSB。

簡單軟件接口

確保CPU的串行接口運(yùn)行在主模式，選擇合適的時(shí)鐘頻率（MAX1080為500kHz至6.4MHz，MAX1081為4.8MHz）。設(shè)置控制字節(jié)TB1，使用通用I/O線將CS拉低，依次傳輸TB1、兩個(gè)全零字節(jié)，并接收相應(yīng)的字節(jié)，最后將CS拉高。

電源模式

• 軟件電源關(guān)閉：通過控制字節(jié)的PD1和PD0位激活，ADC完成當(dāng)前轉(zhuǎn)換后進(jìn)入指定的低靜態(tài)電流狀態(tài)。
• 硬件電源關(guān)閉：將SHDN拉低，轉(zhuǎn)換立即終止。使用外部參考時(shí)，拉高SHDN后2μs內(nèi)可認(rèn)為設(shè)備完全上電；使用內(nèi)部參考時(shí)，需等待參考穩(wěn)定。

  參考選擇

• 內(nèi)部參考：內(nèi)部緩沖器在REF提供2.5V電壓，內(nèi)部參考電壓可通過電路調(diào)整±100mV。
• 外部參考：可以連接到REF或REFADJ引腳。使用REFADJ輸入時(shí)，無需對外部參考進(jìn)行緩沖；使用REF輸入時(shí)，需將REFADJ連接到VDD1以禁用內(nèi)部緩沖器。

布局與接口

布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，建議使用PC板，避免使用繞線板。電路板布局應(yīng)確保數(shù)字和模擬信號線相互分離，避免模擬和數(shù)字（尤其是時(shí)鐘）線相互平行，或數(shù)字線位于ADC封裝下方。建立單點(diǎn)模擬接地（星形接地點(diǎn)），將所有其他模擬接地連接到該點(diǎn)，數(shù)字系統(tǒng)接地僅在該點(diǎn)連接。對VDD1電源進(jìn)行旁路，使用0.1μF和10μF電容器靠近MAX1080/MAX1081的引腳20連接到星形接地。

高速數(shù)字接口

MAX1080/MAX1081可以與QSPI接口，使用特定的電路（ (fSCLK =4.0 MHz) ， (CPOL=0) ， (CPHA=0) ），并且可以對每個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)存中，減輕CPU負(fù)擔(dān)。

TMS320LC3x接口

通過特定的步驟可以將MAX1080/MAX1081與TMS320在外部時(shí)鐘模式下進(jìn)行接口，包括配置TMS320的時(shí)鐘、驅(qū)動(dòng)CS引腳、寫入控制字、監(jiān)測SSTRB輸出、讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等。

總結(jié)

MAX1080/MAX1081以其高采樣率、低功耗、豐富的輸入通道和靈活的配置等特點(diǎn)，在便攜式數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療儀器、電池供電儀器等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分發(fā)揮這兩款A(yù)DC的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換。你在使用類似ADC產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。