MAX1117/MAX1118/MAX1119：單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC的設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）則是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件。今天，我們將深入探討MAX1117/MAX1118/MAX1119這三款單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC，了解它們的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1117/MAX1118/MAX1119是低功耗、8位、雙通道的ADC，具備內(nèi)部跟蹤/保持（T/H）、電壓參考（MAX1117/MAX1119）、時鐘和串行接口。它們采用8引腳SOT23封裝，尺寸僅為8引腳塑料DIP的11%，非常適合空間受限的應(yīng)用。

供電范圍

• MAX1117：+2.7V至+3.6V
• MAX1118：+2.7V至+5.5V
• MAX1119：+4.5V至+5.5V

功耗特性

在100ksps的采樣率下，MAX1118僅消耗135μA，而MAX1117和MAX1119則消耗175μA。此外，它們還具備自動關(guān)機(jī)模式，在不使用時可將電源電流降低至<1μA。

輸入范圍

• MAX1117：內(nèi)部參考電壓為+2.048V
• MAX1119：內(nèi)部參考電壓為+4.096V
• MAX1118：外部參考電壓范圍為+1V至VDD

二、應(yīng)用場景

這些ADC適用于多種應(yīng)用場景，包括：

• 低功耗手持設(shè)備：如智能手機(jī)、平板電腦等，其低功耗特性可延長設(shè)備的電池續(xù)航時間。
• 系統(tǒng)診斷：用于監(jiān)測系統(tǒng)的各種參數(shù)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
• 電池供電測試設(shè)備：在電池供電的測試設(shè)備中，低功耗是關(guān)鍵要求，MAX1117/MAX1118/MAX1119能夠滿足這一需求。
• 太陽能供電遠(yuǎn)程系統(tǒng)：在太陽能供電的遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，低功耗和小尺寸的特點(diǎn)使得這些ADC成為理想選擇。
• 接收信號強(qiáng)度指示器：用于測量接收信號的強(qiáng)度，為通信系統(tǒng)提供重要的參考信息。
• 4mA至20mA供電遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：在工業(yè)自動化領(lǐng)域，這種供電方式的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)非常常見，MAX1117/MAX1118/MAX1119能夠穩(wěn)定地工作在這種環(huán)境中。

三、產(chǎn)品特性

1. 單電源供電

不同型號的ADC適用于不同的電源電壓范圍，滿足了多樣化的應(yīng)用需求。

2. 內(nèi)部跟蹤/保持

具備100kHz的采樣率，能夠準(zhǔn)確地采集模擬信號。

3. 內(nèi)部參考

不同型號的ADC提供不同的內(nèi)部參考電壓，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

4. 串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，可直接連接到微處理器，無需額外的邏輯電路。

5. 小尺寸封裝

8引腳SOT23封裝，節(jié)省了電路板空間。

6. 自動掉電功能

在不使用時自動降低功耗，提高了能源效率。

7. 低功耗

在不同的采樣率下，都能保持較低的功耗。

四、電氣特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位
• 相對精度：±1 LSB
• 差分非線性：±1 LSB
• 偏移誤差：±0.5 LSB
• 增益誤差：MAX1118為±1%FSR，MAX1117/MAX1119為±5 LSB
• 增益溫度系數(shù)：MAX1118為±90 ppm/°C，MAX1117/MAX1119為±5 ppm/°C
• 總未調(diào)整誤差：MAX1118為±0.5至±1 LSB
• 通道間偏移匹配：±0.1 LSB

2. 動態(tài)性能

• 信噪失真比（SINAD）：48 dB
• 總諧波失真（THD）：-69 dB
• 無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：66 dB
• 小信號帶寬：4 MHz

3. 模擬輸入

• 輸入電壓范圍：0至VREF
• 輸入泄漏電流：±0.7至±10 μA
• 輸入電容：18 pF

4. 內(nèi)部參考

• MAX1117：2.048V
• MAX1119：4.096V

5. 外部參考（僅MAX1118）

• 輸入電壓范圍：1.0至VDD
• 輸入電流：平均10至20 uA

6. 電源要求

• 供電電壓：MAX1118為2.7至5.5V，MAX1117為2.7至5.5V，MAX1119為4.5至5.5V
• 供電電流：不同采樣率下的供電電流不同，具體數(shù)值可參考文檔。
• 電源抑制比：±0.5至±1 LSB/N

7. 數(shù)字輸入

• 輸入高電壓：2V
• 輸入低電壓：0.8V
• 輸入滯后：0.2V
• 輸入電流高：±10 uA
• 輸入電流低：±10 uA
• 輸入電容：2 pF

8. 數(shù)字輸出

• 輸出高電壓：VDD - 0.5V
• 輸出低電壓：0.4至0.8V
• 三態(tài)泄漏電流：±0.01至±10 uA
• 三態(tài)輸出電容：4 pF

9. 時序特性

不同的時序參數(shù)對于ADC的正常工作至關(guān)重要，具體參數(shù)可參考文檔中的詳細(xì)說明。

五、典型工作特性

文檔中提供了多個典型工作特性的圖表，包括積分非線性、差分非線性、關(guān)機(jī)電源電流、電源電流與溫度、電源電流與轉(zhuǎn)換率等。這些圖表直觀地展示了ADC在不同條件下的性能表現(xiàn)，對于工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。

六、引腳說明

七、詳細(xì)工作原理

1. 跟蹤/保持

ADC的輸入架構(gòu)由T/H、輸入多路復(fù)用器、輸入比較器、開關(guān)電容DAC和自動歸零軌組成。采集間隔從CNVST的下降沿開始，在此期間，模擬輸入連接到保持電容。采集完成后，T/H開關(guān)打開，保持電容連接到GND，保留模擬輸入信號的采樣。

2. 轉(zhuǎn)換過程

轉(zhuǎn)換過程內(nèi)部定時，總采集和轉(zhuǎn)換時間<7.5 μs。采集輸入樣本后，比較器的負(fù)輸入連接到自動歸零電源，電容DAC將正輸入恢復(fù)到VDD/2，形成模擬輸入信號的數(shù)字表示。

3. 輸入電壓范圍

內(nèi)部保護(hù)二極管允許輸入引腳在(GND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范圍內(nèi)擺動，但為了準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不得超過(VDD + 50mV)或小于(GND - 50mV)。

4. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有4MHz的小信號帶寬，可使用欠采樣技術(shù)數(shù)字化高速瞬態(tài)事件和測量帶寬超過采樣率的周期性信號。為避免高頻信號混疊，建議使用抗混疊濾波。

5. 串行接口

MAX1117/MAX1118/MAX1119具有3線串行接口，CNVST和SCLK用于控制設(shè)備，三態(tài)DOUT引腳用于訪問轉(zhuǎn)換結(jié)果。該接口可連接到具有SPI、QSPI和MICROWIRE串行接口的微控制器，時鐘速率最高可達(dá)5MHz。

6. 數(shù)字輸入和輸出

ADC使用內(nèi)部時鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，釋放了微處理器的負(fù)擔(dān)。轉(zhuǎn)換過程中，SCLK被忽略，轉(zhuǎn)換完成后，SCLK將串行數(shù)據(jù)輸出。轉(zhuǎn)換完成后，ADC進(jìn)入自動關(guān)機(jī)模式，直到下一次轉(zhuǎn)換啟動。

八、應(yīng)用信息

1. 上電復(fù)位

上電時，MAX1117/MAX1118/MAX1119處于自動關(guān)機(jī)狀態(tài)，通過將CNVST從高到低切換可啟動轉(zhuǎn)換。在外部參考穩(wěn)定之前啟動轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致誤差，因此需要等待外部參考穩(wěn)定后再啟動轉(zhuǎn)換。

2. 自動關(guān)機(jī)和電源電流要求

轉(zhuǎn)換完成后，ADC自動關(guān)機(jī)，模擬電路的電源電流降至<1μA。數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在靜態(tài)寄存器中，可通過串行接口隨時訪問。在較低的轉(zhuǎn)換速率下，這種架構(gòu)的功耗優(yōu)勢明顯。

3. 外部電壓參考（僅MAX1118）

在REF引腳連接+1V至VDD的外部參考，參考的直流輸入阻抗極高，轉(zhuǎn)換期間需能夠提供高達(dá)20μA的平均負(fù)載電流，輸出阻抗應(yīng)不超過100Ω。如果參考輸出阻抗較高或有噪聲，可在REF引腳附近使用10nF或更大的電容進(jìn)行旁路。

4. 傳遞函數(shù)

輸出編碼為二進(jìn)制，參考電壓為+2.048V時，1LSB = 8mV（VREF/256）。

5. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，電路板布局應(yīng)確保數(shù)字和模擬信號線分開，避免模擬和數(shù)字（尤其是時鐘）線平行或數(shù)字線在ADC封裝下方。建議在ADC接地處建立單點(diǎn)模擬接地（星形接地點(diǎn)），將所有模擬接地連接到星形接地。電源的接地返回路徑應(yīng)具有低阻抗且盡可能短，以實(shí)現(xiàn)無噪聲運(yùn)行。在VDD引腳附近使用0.1μF電容對電源進(jìn)行旁路，以減少高頻噪聲的影響。如果電源有噪聲，可使用1μF電容和10Ω串聯(lián)電阻組成低通濾波器。

九、芯片信息

• 晶體管數(shù)量：2000
• 工藝：BiCMOS

總結(jié)

MAX1117/MAX1118/MAX1119是一系列性能優(yōu)異的單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC，適用于多種應(yīng)用場景。它們具備豐富的特性和良好的電氣性能，在設(shè)計(jì)過程中，需要注意引腳連接、時序要求、電源管理以及布局布線等方面的問題。通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠充分發(fā)揮這些ADC的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。你在使用這些ADC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。