MAX163/164/167：高性能CMOS 12位A/D轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器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MAXIM公司的MAX163、MAX164和MAX167這三款CMOS 12位A/D轉(zhuǎn)換器，看看它們在性能、應(yīng)用和設(shè)計(jì)上有哪些獨(dú)特之處。

文件下載：MAX164.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX163、MAX164和MAX167是完整的CMOS采樣12位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），集片上跟蹤保持電路和電壓基準(zhǔn)于一體，具有高轉(zhuǎn)換速度和低功耗的特點(diǎn)。其轉(zhuǎn)換時間為8.33μs，包含跟蹤保持的建立時間。內(nèi)部埋入式齊納基準(zhǔn)提供低漂移和低噪聲性能。不同型號的輸入范圍有所不同，MAX163接受0V至 +5V的單極性輸入，MAX164接受±5V的雙極性輸入，MAX167接受±2.5V的雙極性輸入。外部組件僅需電源和基準(zhǔn)電壓的去耦電容。片上時鐘電路既可以由外部時鐘源驅(qū)動，也可以使用晶體。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高精度與高速度

• 12位分辨率：能夠提供較為精確的數(shù)字輸出，滿足大多數(shù)高精度測量和控制的需求。在一些對數(shù)據(jù)精度要求較高的應(yīng)用中，如高精度過程控制，12位分辨率可以確保采集到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，從而提高系統(tǒng)的控制精度。
• 8.33μs轉(zhuǎn)換時間：快速的轉(zhuǎn)換時間使得它能夠處理高速變化的模擬信號，適用于高速數(shù)據(jù)采集等場景。例如在音頻和電信處理中，快速的轉(zhuǎn)換可以保證信號的實(shí)時處理，減少信號失真。

集成度高

• 內(nèi)部模擬跟蹤保持：無需額外的外部跟蹤保持電路，簡化了設(shè)計(jì)，減少了電路板空間和成本。這對于一些對空間和成本敏感的應(yīng)用，如便攜式設(shè)備，具有很大的優(yōu)勢。
• 片上電壓基準(zhǔn)：提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時，內(nèi)部基準(zhǔn)輸出緩沖器可以吸收高達(dá)5mA的電流，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

其他優(yōu)勢

• 6MHz全功率帶寬：具有較寬的帶寬，能夠處理高頻信號，適用于數(shù)字信號處理（DSP）等應(yīng)用。
• 高輸入電阻（500MΩ）：減少了對輸入信號源的負(fù)載影響，降低了信號失真的可能性。
• 100ns數(shù)據(jù)訪問時間：快速的數(shù)據(jù)訪問時間使得處理器能夠快速獲取轉(zhuǎn)換結(jié)果，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
• 180mW（最大）功耗：低功耗設(shè)計(jì)適合電池供電的應(yīng)用，延長了設(shè)備的續(xù)航時間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

數(shù)字信號處理（DSP）

在DSP系統(tǒng)中，需要對模擬信號進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換。MAX163/164/167的高轉(zhuǎn)換速度和12位分辨率能夠滿足DSP對信號處理的要求，為數(shù)字信號處理提供了可靠的前端支持。

音頻和電信處理

音頻和電信信號通常是高速變化的模擬信號，對轉(zhuǎn)換速度和精度有較高的要求。這三款轉(zhuǎn)換器的快速轉(zhuǎn)換時間和高精度可以保證音頻和電信信號的高質(zhì)量處理，減少信號失真和噪聲。

高精度過程控制

在工業(yè)過程控制中，需要對各種物理量進(jìn)行精確測量和控制。MAX163/164/167的高分辨率和穩(wěn)定的性能可以確保采集到的物理量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，從而實(shí)現(xiàn)精確的過程控制。

高速數(shù)據(jù)采集

對于需要快速采集大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如科學(xué)實(shí)驗(yàn)、測試測量等，這三款轉(zhuǎn)換器的高速轉(zhuǎn)換能力和高帶寬能夠滿足數(shù)據(jù)采集的需求。

四、詳細(xì)的引腳配置與功能

引腳功能說明

引腳配置的重要性

合理的引腳配置可以確保轉(zhuǎn)換器與其他電路的正確連接和協(xié)同工作。例如，CLK IN和CLK OUT引腳用于時鐘信號的輸入和輸出，時鐘信號的穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。而CS、RD和HBEN等控制引腳則用于控制轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)的輸出，正確使用這些引腳可以實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)換操作。

五、工作原理與操作模式

轉(zhuǎn)換原理

MAX163/164/167采用逐次逼近和輸入跟蹤保持電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出代碼?？刂七壿嬏峁┝伺c微處理器的簡單接口，大多數(shù)應(yīng)用只需使用無源組件即可完成模擬 - 數(shù)字操作配置。

跟蹤保持模式

當(dāng)ADC未被選中（CS高電平）且BUSY為高電平時，跟蹤保持進(jìn)入“跟蹤”模式；轉(zhuǎn)換啟動約25ns后，進(jìn)入“保持”模式，兩次轉(zhuǎn)換之間的延遲變化（孔徑抖動）小于50ps。

操作模式

• 慢內(nèi)存模式：適用于無法強(qiáng)制進(jìn)入等待狀態(tài)的處理器。處理器對ADC地址的讀取操作啟動轉(zhuǎn)換，第二次讀取操作訪問轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• ROM模式：避免使用處理器等待狀態(tài)。讀取操作啟動轉(zhuǎn)換，第一次讀取獲取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，同時啟動新的轉(zhuǎn)換。

六、使用注意事項(xiàng)

時鐘和控制同步

為了獲得最佳的模擬性能，時鐘應(yīng)與RD和CS控制輸入同步，至少在轉(zhuǎn)換開始與最近的時鐘邊緣之間保持100ns的間隔，以減少時鐘信號對模擬輸入的干擾。

數(shù)字總線噪聲

如果數(shù)據(jù)總線在轉(zhuǎn)換期間處于活動狀態(tài)，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)引腳與ADC比較器之間的耦合誤差?？梢允褂寐齼?nèi)存模式，在轉(zhuǎn)換期間將處理器置于等待狀態(tài)，或者在ROM模式下使用三態(tài)驅(qū)動器隔離數(shù)據(jù)總線。

布局、接地和旁路

為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，建議使用印刷電路板，避免使用線繞板。布局時應(yīng)盡量將數(shù)字和模擬信號線分開，確保ADC下方有良好的接地層。電源應(yīng)通過0.1μF和10μF的旁路電容旁路到模擬星型接地，以減少高頻噪聲的影響。

增益和偏移調(diào)整

在一些應(yīng)用中，可能需要對增益和偏移進(jìn)行調(diào)整?？梢愿鶕?jù)具體的應(yīng)用需求，使用相應(yīng)的調(diào)整電路進(jìn)行調(diào)整，如使用圖17所示的電路進(jìn)行偏移和增益調(diào)整。

七、總結(jié)

MAX163、MAX164和MAX167這三款CMOS 12位A/D轉(zhuǎn)換器以其高分辨率、高速度、低功耗和集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字信號處理、音頻和電信處理、高精度過程控制和高速數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在使用過程中，合理的引腳配置、正確的操作模式選擇以及注意時鐘同步、數(shù)字總線噪聲和布局接地等問題，可以充分發(fā)揮這些轉(zhuǎn)換器的性能，為電子設(shè)計(jì)帶來更加可靠和高效的解決方案。你在使用這些轉(zhuǎn)換器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。