MAX1202/MAX1203：5V、8通道、串行12位ADC的詳細解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是至關(guān)重要的組件，它能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以滿足數(shù)字系統(tǒng)的處理需求。MAX1202/MAX1203作為兩款12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在混合+5V（模擬）和+3V（數(shù)字）電源電壓的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。下面我們就來深入了解一下這兩款A(yù)DC。

文件下載：MAX1203.pdf

一、器件概述

MAX1202/MAX1203專為混合電源電壓應(yīng)用而設(shè)計，可使用單+5V模擬電源或雙±5V模擬電源。它集成了8通道多路復用器、高帶寬跟蹤/保持電路以及串行接口，具備高轉(zhuǎn)換速度和低功耗的特點。其4線串行接口可直接連接SPI/MICROWIRE?設(shè)備，無需外部邏輯，串行選通輸出還能直接連接TMS320系列數(shù)字信號處理器。

二、關(guān)鍵特性

1. 輸入通道

支持8通道單端或4通道差分輸入，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的選擇。

2. 電源供應(yīng)

可工作于單+5V或雙±5V電源，適應(yīng)多種電源環(huán)境。

3. 輸出邏輯電平

用戶可調(diào)節(jié)輸出邏輯電平，范圍為2.7V至5.25V，方便與不同的數(shù)字電路接口。

4. 低功耗

工作模式下電流為1.5mA，掉電模式下僅為2μA，有效降低了系統(tǒng)功耗。

5. 采樣率

內(nèi)部跟蹤/保持電路支持133kHz的采樣率，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

6. 參考電壓

MAX1202具有內(nèi)部4.096V參考電壓，而MAX1203則需要外部參考電壓。

7. 接口兼容性

SPI/MICROWIRE/TMS320兼容的4線串行接口，便于與各種微處理器和數(shù)字信號處理器連接。

8. 輸入模式

軟件可配置單極性/雙極性輸入，增加了使用的靈活性。

9. 封裝形式

提供20引腳的SSOP和PDIP封裝，適用于不同的電路板布局。

三、電氣特性

1. 直流精度

分辨率為12位，相對精度方面，MAX1202A/MAX1203A為±0.5 LSB，MAX1202B/MAX1203B為±1.0 LSB。差分非線性無丟失碼，偏移誤差為±3.0 LSB。

2. 動態(tài)特性

信號 - 噪聲加失真比（SINAD）為70 dB，總諧波失真（THD）為 - 80 dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）為80 dB，通道間串擾為 - 85 dB，小信號帶寬為4.5 MHz，全功率帶寬為800 kHz。

3. 轉(zhuǎn)換時間

內(nèi)部時鐘模式下，轉(zhuǎn)換時間為5.5 - 10 μs；外部時鐘2MHz、12個時鐘/轉(zhuǎn)換周期時，轉(zhuǎn)換時間為6 μs。

4. 跟蹤/保持時間

跟蹤/保持采集時間為1.5 μs，孔徑延遲為10 ns，孔徑抖動小于50 ps。

四、工作原理

1. 偽差分輸入

在單端模式下，IN+內(nèi)部連接到CH0 - CH7，IN - 連接到GND；在差分模式下，IN+和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5、CH6/CH7中選擇。在差分模式下，僅對IN+的信號進行采樣，IN - 必須相對于GND保持穩(wěn)定。

2. 跟蹤/保持

跟蹤/保持電路在控制字的第5位移入后的下降沿進入跟蹤模式，第8位移入后的下降沿進入保持模式。跟蹤/保持獲取輸入信號的時間取決于輸入電容的充電速度，當輸入信號源阻抗較高時，獲取時間會增加。

3. 轉(zhuǎn)換過程

轉(zhuǎn)換間隔從輸入多路復用器將(C_{HOLD})從正輸入（IN+）切換到負輸入（IN - ）開始，電容DAC在轉(zhuǎn)換周期的剩余時間內(nèi)進行調(diào)整，以將比較器輸入節(jié)點ZERO恢復到0V，從而形成模擬輸入信號的數(shù)字表示。

五、使用方法

1. 啟動轉(zhuǎn)換

將控制字節(jié)時鐘輸入到DIN即可啟動轉(zhuǎn)換?？刂谱止?jié)的格式包含啟動位、通道選擇位、單極性/雙極性選擇位、單端/差分選擇位以及時鐘和掉電模式選擇位。

2. 簡單軟件接口

確保CPU的串行接口工作在主模式，選擇100kHz至2MHz的時鐘頻率。按照特定的步驟設(shè)置控制字節(jié)、拉低CS、傳輸數(shù)據(jù)并接收轉(zhuǎn)換結(jié)果。

3. 時鐘模式

可選擇內(nèi)部時鐘模式或外部時鐘模式。外部時鐘模式下，外部時鐘不僅用于數(shù)據(jù)移位，還驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換步驟；內(nèi)部時鐘模式下，MAX1202/MAX1203生成自己的轉(zhuǎn)換時鐘，方便處理器在方便的時候讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

六、電源管理

1. 上電復位

上電時，若SHDN未被拉低，內(nèi)部上電復位電路會使MAX1202/MAX1203在內(nèi)部時鐘模式下激活，SSTRB為高電平。上電后，內(nèi)部復位時間為100μs，此期間不應(yīng)進行轉(zhuǎn)換。

2. 參考緩沖器補償

SHDN引腳可選擇內(nèi)部或外部補償。外部補償使用4.7μF電容，可確保穩(wěn)定性和2MHz的全時鐘速度，但會增加上電時間；內(nèi)部補償無需外部電容，上電時間最短，但外部時鐘在轉(zhuǎn)換期間必須限制在400kHz。

3. 掉電模式

可選擇全掉電模式或快速掉電模式，通過DIN控制字節(jié)的第1位和第0位進行選擇。SHDN引腳可完全關(guān)閉轉(zhuǎn)換器，且優(yōu)先級高于控制字節(jié)的設(shè)置。在掉電模式下，串行接口仍可工作，但ADC不進行轉(zhuǎn)換。

七、參考電壓

1. 內(nèi)部參考

MAX1202的內(nèi)部參考電壓為4.096V，全量程范圍在單極性輸入時為4.096V，雙極性輸入時為±2.048V，可通過特定電路進行±1.5%的調(diào)整。

2. 外部參考

外部參考可連接到REF或REFADJ引腳。使用REFADJ輸入可避免外部參考的緩沖，連接外部參考到REF時，需將REFADJ連接到VDD以禁用內(nèi)部緩沖。

八、布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，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（特別是時鐘）線相互平行或數(shù)字線位于ADC封裝下方。建立單點模擬接地，將所有其他模擬接地連接到該點，使用0.1μF和4.7μF旁路電容對電源進行旁路，以減少電源噪聲的影響。

九、應(yīng)用示例

以TMS320CL3x與MAX1202/MAX1203的接口為例，詳細說明了如何配置TMS320、啟動轉(zhuǎn)換以及讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的步驟。

MAX1202/MAX1203以其豐富的特性、靈活的工作模式和低功耗設(shè)計，為電子工程師在數(shù)據(jù)采集、高精度過程控制、電池供電儀器等應(yīng)用中提供了可靠的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電源模式、參考電壓和時鐘模式，同時注意電路板的布局和接地，以確保ADC的性能得到充分發(fā)揮。大家在使用過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。