MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的詳細(xì)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）則是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件。今天，我們就來深入探討一下MAXIM公司的MAX1110/MAX1111這兩款低功耗、多通道、串行8位ADC。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位、8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它們具備內(nèi)部跟蹤/保持電路、電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘和串行接口，可在2.7V至5.5V的單電源下工作。在高達(dá)50ksps的采樣率下，僅消耗85μA的電流，在1ksps時(shí)電流更是低至6μA，非常適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

產(chǎn)品特性

1. 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 低功耗設(shè)計(jì)：在不同采樣率下都能保持較低的功耗，如50ksps時(shí)為85μA，1ksps時(shí)為6μA。
3. 多通道輸入：MAX1110有8通道單端或4通道差分輸入，MAX1111有4通道單端或2通道差分輸入，可滿足多樣化的輸入需求。
4. 靈活的輸入配置：軟件可配置單極性/雙極性和單端/差分操作。
5. 高速采樣：內(nèi)部跟蹤/保持電路支持50kHz的采樣率。
6. 內(nèi)部基準(zhǔn)：具備2.048V的內(nèi)部基準(zhǔn)。
7. 兼容多種串行接口：SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，方便與微處理器連接。
8. 低誤差：總未調(diào)整誤差最大為±1 LSB，典型值為±0.3 LSB。
9. 自動(dòng)掉電模式：軟件可編程的2μA自動(dòng)掉電模式，可進(jìn)一步降低功耗。

二、技術(shù)參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

在使用MAX1110/MAX1111時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，如VDD到AGND的電壓范圍為 - 0.3V至6V，AGND到DGND的電壓范圍為 - 0.3V至0.3V等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

2. 電氣特性

• 直流精度：分辨率為8位，相對(duì)精度在不同電源電壓下有所不同，差分非線性為±1 LSB，無丟失碼，失調(diào)誤差和增益誤差也有相應(yīng)的指標(biāo)。
• 動(dòng)態(tài)特性：在特定輸入條件下，信號(hào) - 噪聲和失真比（SINAD）為49 dB，總諧波失真（THD）為 - 70 dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為68 dB，通道間串?dāng)_為 - 75 dB，小信號(hào)帶寬為1.5 MHz，滿功率帶寬為800 kHz。
• 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間在內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘模式下有所不同，跟蹤/保持采集時(shí)間、孔徑延遲和孔徑抖動(dòng)也有相應(yīng)的參數(shù)。
• 模擬輸入：輸入電壓范圍根據(jù)單端和差分模式以及單極性和雙極性輸入有所不同，多路復(fù)用器泄漏電流和輸入電容也有明確指標(biāo)。
• 內(nèi)部基準(zhǔn)：REFOUT電壓典型值為2.048V，短路電流為3.5 mA，溫度系數(shù)為±50 ppm/°C，負(fù)載調(diào)整率在特定條件下為2.5 mV。
• 外部基準(zhǔn)：輸入電壓范圍為1V至VDD + 0.05V，輸入電流在特定條件下為1至20μA。
• 電源要求：電源電壓范圍為2.7V至5.5V，不同電源電壓和負(fù)載條件下的供電電流有所不同，電源抑制比也有相應(yīng)指標(biāo)。
• 數(shù)字輸入輸出：數(shù)字輸入的高、低電壓和滯后電壓有明確規(guī)定，輸入泄漏電流和電容也有相應(yīng)參數(shù)；數(shù)字輸出的低、高電壓和三態(tài)泄漏電流、電容等也有具體指標(biāo)。

3. 時(shí)序特性

包括跟蹤/保持采集時(shí)間、DIN到SCLK的建立和保持時(shí)間、SCLK下降沿到輸出數(shù)據(jù)有效時(shí)間等一系列時(shí)序參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于正確使用ADC至關(guān)重要。

三、引腳說明

MAX1110采用20引腳SSOP封裝，MAX1111采用16引腳QSOP封裝。各引腳功能如下：

1. 模擬輸入引腳（CH0 - CH7）：用于采樣模擬信號(hào)。
2. COM引腳：模擬輸入的接地參考，在單端模式下設(shè)置零碼電壓。
3. SHDN引腳：三級(jí)關(guān)斷輸入，可控制器件的功耗狀態(tài)。
4. REFIN引腳：用于連接外部參考電壓，也可連接REFOUT使用內(nèi)部參考。
5. REFOUT引腳：內(nèi)部參考發(fā)生器輸出，需用1μF電容旁路到AGND。
6. AGND和DGND引腳：分別為模擬地和數(shù)字地。
7. DOUT引腳：串行數(shù)據(jù)輸出，在SCLK下降沿時(shí)鐘輸出數(shù)據(jù)。
8. SSTRB引腳：串行選通輸出，用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束。
9. DIN引腳：串行數(shù)據(jù)輸入，在SCLK上升沿時(shí)鐘輸入數(shù)據(jù)。
10. CS引腳：片選信號(hào)，低電平有效。
11. SCLK引腳：串行時(shí)鐘輸入，用于時(shí)鐘數(shù)據(jù)的輸入和輸出。
12. VDD引腳：正電源電壓，范圍為2.7V至5.5V。

四、工作原理

1. 偽差分輸入

ADC的模擬比較器采樣架構(gòu)采用偽差分輸入。在單端模式下，IN + 內(nèi)部切換到所選輸入通道，IN - 切換到COM；在差分模式下，IN + 和IN - 從特定的通道對(duì)中選擇。在差分模式下，只有IN + 的信號(hào)被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對(duì)于AGND保持穩(wěn)定在±0.5 LSB（最佳結(jié)果為±0.1 LSB）。

2. 跟蹤/保持

T/H電路在8位控制字節(jié)的第6位移入后的下降沿進(jìn)入跟蹤模式，在第8位移入后的下降沿進(jìn)入保持模式。根據(jù)輸入模式的不同，采樣的信號(hào)也不同。

3. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號(hào)帶寬，可通過欠采樣技術(shù)對(duì)高速瞬態(tài)事件進(jìn)行數(shù)字化和測(cè)量帶寬超過采樣率的周期性信號(hào)。為避免高頻信號(hào)混疊，建議使用抗混疊濾波。

4. 模擬輸入

內(nèi)部保護(hù)二極管可使通道輸入引腳在(AGND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范圍內(nèi)擺動(dòng)而不受損壞，但為保證準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不應(yīng)超過VDD 50mV或低于AGND 50mV。

5. 控制字節(jié)

通過控制字節(jié)的不同位可配置ADC的工作模式，如選擇輸入通道、單極性/雙極性模式、單端/差分模式、電源模式和時(shí)鐘模式等。

五、使用方法

1. 快速評(píng)估

可使用特定電路快速評(píng)估MAX1110/MAX1111的模擬性能，將DIN連接到 + 3V可觸發(fā)單端、單極性轉(zhuǎn)換。

2. 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過將控制字節(jié)時(shí)鐘輸入DIN來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，CS低電平時(shí)，SCLK的上升沿將DIN的位時(shí)鐘輸入內(nèi)部移位寄存器。

3. 簡(jiǎn)單軟件接口

在使用時(shí)，需確保CPU的串行接口運(yùn)行在主模式，選擇合適的時(shí)鐘頻率。按照特定步驟進(jìn)行操作，如設(shè)置控制字節(jié)、拉低CS、傳輸控制字節(jié)和接收轉(zhuǎn)換結(jié)果等。

六、時(shí)鐘模式

1. 外部時(shí)鐘模式

外部時(shí)鐘不僅用于數(shù)據(jù)的移位，還驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平兩個(gè)時(shí)鐘周期，后續(xù)的SCLK下降沿輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2. 內(nèi)部時(shí)鐘模式

內(nèi)部時(shí)鐘模式可減輕微處理器運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)，轉(zhuǎn)換結(jié)果可在處理器方便時(shí)讀取。SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時(shí)變低，轉(zhuǎn)換完成時(shí)變高。

七、應(yīng)用信息

1. 上電復(fù)位

上電時(shí)，若SHDN未拉低，內(nèi)部上電復(fù)位電路將激活器件，SSTRB在上電時(shí)為高電平，CS低電平時(shí)，DIN的第一個(gè)邏輯1被解釋為起始位。

2. 掉電模式

• 軟件掉電：通過控制字節(jié)的PD1位激活，轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)入低靜態(tài)電流狀態(tài)。
• 硬線掉電：拉低SHDN可使器件進(jìn)入硬線掉電狀態(tài)，同時(shí)控制內(nèi)部基準(zhǔn)的狀態(tài)。

3. 外部參考

可在REFIN端子直接連接1V至VDD的外部參考，使用外部參考時(shí)需注意其輸出阻抗和負(fù)載電流。

4. 內(nèi)部參考

將REFIN連接到REFOUT可使用內(nèi)部參考，內(nèi)部參考需用1μF電容旁路到AGND。

5. 傳輸函數(shù)

單極性和雙極性模式下的滿量程電壓范圍不同，輸出編碼為二進(jìn)制，1 LSB的電壓值根據(jù)不同模式有所不同。

6. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，分離數(shù)字和模擬信號(hào)線，建立單點(diǎn)模擬接地，對(duì)電源進(jìn)行旁路濾波。

八、總結(jié)

MAX1110/MAX1111是兩款性能出色的低功耗多通道8位串行ADC，具有豐富的特性和靈活的配置選項(xiàng)。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇和使用這些特性，同時(shí)注意器件的電氣參數(shù)、引腳功能、工作原理和使用方法，以確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用MAX1110/MAX1111的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。