MAX1290/MAX1292 12位ADC：性能卓越的模數(shù)轉(zhuǎn)換解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)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，我們就來深入了解一下 Maxim 公司的 MAX1290/MAX1292 這兩款 12 位 ADC，看看它們有哪些獨(dú)特的性能和應(yīng)用優(yōu)勢。

文件下載：MAX1290.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1290/MAX1292 是低功耗、12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具備逐次逼近型 ADC、自動掉電、快速喚醒（2μs）、片上時鐘、+2.5V 內(nèi)部參考以及高速字節(jié)寬并行接口等特性。它們采用單 +5V 模擬電源供電，VLOGIC 引腳允許其直接與 +2.7V 至 +5.5V 的數(shù)字電源接口。在 400ksps 的最大采樣率下，功耗僅為 10mW（VDD = VLOGIC）。這兩款器件還提供軟件可選的掉電模式，能在轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉，通過訪問并行接口可恢復(fù)正常操作，在降低采樣率時，可將電源電流降至 10μA 以下。

二、產(chǎn)品特性

高精度與高分辨率

• 12 位分辨率：能夠提供 ±0.5 LSB 的線性度，確保了高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
• 出色的動態(tài)性能：具有 6MHz 的全功率帶寬和 350kHz 的全線性帶寬，可對高速瞬變進(jìn)行數(shù)字化處理，并能通過欠采樣技術(shù)測量帶寬超過 ADC 采樣率的周期性信號。

靈活的輸入配置

• 軟件可配置的模擬輸入：支持單極性/雙極性和單端/偽差分操作。MAX1290 在單端模式下有 8 個輸入通道，MAX1292 有 4 個輸入通道；在偽差分模式下，分別為 4 個和 2 個輸入通道。
• 用戶可調(diào)邏輯電平：VLOGIC 引腳允許用戶將邏輯電平設(shè)置在 +2.7V 至 +5.5V 之間，方便與不同的數(shù)字系統(tǒng)接口。

低功耗設(shè)計(jì)

• 多種功耗模式：提供軟件可選的掉電模式，包括待機(jī)模式和關(guān)機(jī)模式，可根據(jù)實(shí)際需求降低功耗。在關(guān)機(jī)模式下，典型電源電流可降至 2μA。
• 低電流消耗：在不同采樣率下，電流消耗較低，如 400ksps 時為 2.5mA，100ksps 時為 1.0mA，10ksps 時為 400μA。

小尺寸封裝

• 緊湊的外形：MAX1290 采用 28 引腳 QSOP 封裝，MAX1292 采用 24 引腳 QSOP 封裝，適合對空間要求較高的應(yīng)用。

三、電氣特性

絕對最大額定值

器件的各項(xiàng)引腳電壓、功耗、溫度等都有明確的絕對最大額定值限制，使用時需嚴(yán)格遵守，以避免對器件造成永久性損壞。例如，VDD 至 GND 的電壓范圍為 -0.3V 至 +6V，VLOGIC 至 GND 的電壓范圍為 -0.3V 至 +6V 等。

DC 精度

• 相對精度：INL（積分非線性）為 ±0.5 LSB，確保了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 分辨率：達(dá)到 12 位，能夠提供精細(xì)的數(shù)字輸出。

動態(tài)規(guī)格

在特定條件下（如 fIN(sine wave) = 50kHz，VIN = 2.5VP - P，400ksps，外部 fCLK = 7.6MHz，雙極性輸入模式），具有良好的動態(tài)性能，如 SINAD（信噪失真比）大于 67dB，SFDR（無雜散動態(tài)范圍）為 80dB 等。

電源要求

• 模擬電源電壓：VDD 范圍為 4.5V 至 5.5V。
• 數(shù)字電源電壓：VLOGIC 范圍為 2.7V 至 VDD + 0.3V。
• 電源電流：在不同工作模式下，電源電流有所不同，如工作模式下（fSAMPLE = 400ksps），內(nèi)部參考時為 2.9mA 至 3.4mA，外部參考時為 2.5mA 至 2.9mA。

時序特性

詳細(xì)規(guī)定了各種時鐘和控制信號的時序參數(shù)，如 CLK 周期、WR 脈沖寬度等，確保器件的正常工作。例如，CLK 周期 tCP 最小為 132ns，WR 脈沖寬度 tWR 最小為 60ns。

四、工作原理

轉(zhuǎn)換操作

MAX1290/MAX1292 使用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤保持（T/H）階段將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字輸出。其并行（8 + 4）輸出格式便于與標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口。

單端和偽差分操作

• 單端模式：IN+ 內(nèi)部切換到相應(yīng)的通道（MAX1290 為 CH0 - CH7，MAX1292 為 CH0 - CH3），IN - 切換到 COM。
• 偽差分模式：IN+ 和 IN - 從模擬輸入對中選擇，僅對 IN+ 的信號進(jìn)行采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對于 GND 保持穩(wěn)定在 ±0.5 LSB 以內(nèi)。

跟蹤保持階段

T/H 階段在 WR 的上升沿進(jìn)入跟蹤模式，在不同的采集模式下進(jìn)入保持模式的條件不同。在單端操作中，采樣正輸入信號；在偽差分操作中，采樣 |(IN+) - (IN -)| 的差值。

啟動轉(zhuǎn)換

通過寫入控制字節(jié)來選擇多路復(fù)用器通道，并配置為單極性或雙極性操作。控制字節(jié)中的 ACQMOD 位提供內(nèi)部和外部兩種采集方式。轉(zhuǎn)換周期在內(nèi)部或外部時鐘及采集模式下均持續(xù) 13 個時鐘周期。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中斷信號 INT 用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束和有效結(jié)果可用。INT 在轉(zhuǎn)換完成且輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時變低，在第一次讀取周期或?qū)懭胄驴刂谱止?jié)時返回高電平。

時鐘模式選擇

支持內(nèi)部和外部時鐘模式，通過控制字節(jié)的 D6 和 D7 位進(jìn)行選擇。上電時，器件默認(rèn)進(jìn)入外部時鐘模式。

五、應(yīng)用信息

上電復(fù)位

上電時，內(nèi)部上電復(fù)位電路使器件在外部時鐘模式下啟動，并將 INT 置高。電源穩(wěn)定后，內(nèi)部復(fù)位時間為 10μs，在此期間不應(yīng)嘗試進(jìn)行轉(zhuǎn)換。使用內(nèi)部參考時，VREF 需要 500μs 來穩(wěn)定。

內(nèi)部和外部參考

• 內(nèi)部參考：內(nèi)部緩沖器可為 REF 提供 +2.5V 電壓，滿量程范圍在單極性輸入時為 +2.5V，雙極性輸入時為 ±1.25V。可通過外部電位器對參考電壓進(jìn)行小范圍調(diào)整。
• 外部參考：可將外部參考直接連接到 REF 或 REFADJ。使用 REFADJ 輸入時無需對外部參考進(jìn)行緩沖；將外部參考連接到 REF 時，需將 REFADJ 連接到 VDD 以禁用內(nèi)部參考緩沖器。

掉電模式

• 待機(jī)模式：供應(yīng)電流典型值為 1mA，在 WR 的下一個上升沿上電并準(zhǔn)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，適合在低于 400ksps 的轉(zhuǎn)換率下顯著降低功耗。
• 關(guān)機(jī)模式：關(guān)閉所有消耗靜態(tài)電流的芯片功能，轉(zhuǎn)換完成后典型供應(yīng)電流降至 2μA。WR 的上升沿使器件退出關(guān)機(jī)模式，恢復(fù)正常操作。使用 4.7μF 參考旁路電容時，上電后需 500μs 達(dá)到全 12 位精度；使用外部參考時，僅需 50μs。

傳輸函數(shù)

在單極性和雙極性模式下，分別有不同的滿量程和零量程電壓范圍。輸出編碼在單極性模式下為二進(jìn)制，雙極性模式下為二進(jìn)制補(bǔ)碼。

最大采樣率

在最大時鐘頻率 7.6MHz 下，通過每 19 個時鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn) 400ksps 的吞吐量。通過先寫入控制字開始下一次轉(zhuǎn)換的采集周期，再讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，可將吞吐量提高到 475ksps，但需注意切換數(shù)據(jù)總線可能會引入額外的電源噪聲。

布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用 PCB 板，確保模擬和數(shù)字走線的適當(dāng)分離，避免模擬和數(shù)字線平行布線，不將數(shù)字信號路徑布置在 ADC 封裝下方。使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字 PCB 板接地部分，通過一個星點(diǎn)連接兩個接地系統(tǒng)。對 VDD 進(jìn)行旁路處理，使用 0.1μF 和 4.7μF 的并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)，并盡量縮短電容引線長度，以降低電源噪聲。

六、總結(jié)

MAX1290/MAX1292 以其高精度、低功耗、靈活的輸入配置和小尺寸封裝等優(yōu)點(diǎn)，成為電池供電和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用以及對功耗和空間要求較高的其他電路的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置器件的工作模式和參數(shù)，同時注意布局、接地和旁路等方面的設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似 ADC 器件時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。