MAX11626 - MAX11633：12位300ksps ADC的深度解析

在電子設計領域，模數轉換器（ADC）是連接模擬世界和數字世界的關鍵橋梁。今天，我們將深入探討MAX11626 - MAX11633這一系列12位300ksps ADC，了解它們的特性、應用以及設計要點。

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一、產品概述

MAX11626 - MAX11629/MAX11632/MAX11633是具有內部參考的串行12位模數轉換器。它們具備片上FIFO、掃描模式、內部時鐘模式、內部平均和AutoShutdown?等特性。最大采樣率在使用外部時鐘時可達300ksps。不同型號的輸入通道數有所不同，MAX11632/MAX11633有16個輸入通道，MAX11628/MAX11629有8個輸入通道，MAX11626/MAX11627有4個輸入通道。這些器件可在+3V或+5V電源下工作，并包含一個10MHz SPI - /QSPI? - /MICROWIRE?兼容的串行端口。

應用場景

這些ADC適用于多種應用場景，如系統監控、數據采集系統、工業控制系統、患者監測、數據記錄和儀器儀表等。

二、產品特性

1. 模擬多路復用器

不同型號提供不同數量的通道，可滿足不同的應用需求。

• MAX11632/MAX11633：16通道
• MAX11628/MAX11629：8通道
• MAX11626/MAX11627：4通道

2. 單電源供電

• MAX11627/MAX11629/MAX11633：2.7V - 3.6V
• MAX11626/MAX11628/MAX11632：4.75V - 5.25V

3. 內部參考

• MAX11627/MAX11629/MAX11633：2.5V
• MAX11626/MAX11628/MAX11632：4.096V

4. 外部參考

支持1V到VDD的外部參考電壓。

5. 16 - 條目FIFO

可存儲多達16個ADC結果，允許ADC處理多個內部時鐘轉換，而不會占用串行總線。

6. 掃描模式、內部平均和內部時鐘

提供靈活的轉換模式，內部時鐘準確在4.4MHz標稱時鐘速率的10%以內。

7. 高精度

積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）均為±1 LSB，在溫度范圍內無丟失碼。

8. 10MHz 3 - 線SPI - /QSPI - /MICROWIRE兼容接口

方便與微處理器等設備進行通信。

9. 小封裝

• MAX11626 - MAX11629：16引腳QSOP封裝
• MAX11632/MAX11633：24引腳QSOP封裝

三、電氣特性

1. 直流精度

• 分辨率：12位
• 積分非線性（INL）：±1.0 LSB
• 微分非線性（DNL）：±1.0 LSB，無丟失碼
• 偏移誤差：±0.5 - ±4.0 LSB
• 增益誤差：±0.5 - ±4.0 LSB
• 偏移誤差溫度系數：±2 ppm/°C
• 增益溫度系數：±0.8 ppm/°C
• 通道間偏移匹配：±0.1 LSB

2. 動態特性

在30kHz正弦波輸入、300ksps采樣率、fSCLK = 4.8MHz條件下：

• 信噪失真比（SINAD）：MAX11627/MAX11629/MAX11633為71dB，MAX11626/MAX11628/MAX11632為73dB
• 總諧波失真（THD）：MAX11627/MAX11629/MAX11633為 - 80dBc，MAX11626/MAX11628/MAX11632為 - 88dBc
• 無雜散動態范圍（SFDR）：MAX11627/MAX11629/MAX11633為81dBc，MAX11626/MAX11628/MAX11632為89dBc
• 互調失真（IMD）：fIN1 = 29.9kHz，fIN2 = 30.2kHz時為76dBc
• 全功率帶寬： - 3dB點為1MHz
• 全線性帶寬：S/(N + D) > 68dB時為100kHz

3. 轉換時間

• 外部參考：0.8μs
• 內部參考上電時間：65μs
• 采集時間：0.6μs
• 轉換時間：內部時鐘為3.5μs，外部時鐘為2.7μs

4. 其他特性

• 模擬輸入電壓范圍：單極性0 - VREF
• 輸入泄漏電流：±0.01 - ±1μA
• 輸入電容：采集時間內為24pF
• 內部參考輸出電壓：MAX11626/MAX11628/MAX11632為4.024 - 4.168V，MAX11627/MAX11629/MAX11633為2.48 - 2.52V
• 參考溫度系數：MAX11626/MAX11628/MAX11632為±20ppm/°C，MAX11627/MAX11629/MAX11633為±30ppm/°C
• 參考輸出電阻：6.5kΩ
• 參考輸出噪聲：200μVRMS
• 參考電源抑制比（PSRR）： - 70dB

四、工作原理

1. 轉換器操作

采用逐次逼近寄存器（SAR）轉換技術和片上T/H塊，將電壓信號轉換為12位數字結果，支持單端信號范圍。

2. 輸入帶寬

輸入跟蹤電路具有1MHz小信號帶寬，可使用欠采樣技術數字化高速瞬態事件和測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號。但需要對輸入信號進行抗混疊預濾波，以避免高頻信號混疊到感興趣的頻帶。

3. 模擬輸入保護

內部ESD保護二極管將所有引腳鉗位到VDD和GND，允許輸入在(GND - 0.3V)到(VDD + 0.3V)范圍內擺動而不損壞。但為了進行準確的滿量程轉換，輸入不得超過VDD 50mV或低于GND 50mV。如果非通道模擬輸入電壓超過電源，應將輸入電流限制在2mA。

4. 3 - 線串行接口

與SPI/QSPI和MICROWIRE設備兼容。對于SPI/QSPI，確保CPU串行接口運行在主模式，選擇10MHz或更低的SCLK頻率，并設置時鐘極性（CPOL）和相位（CPHA）。設備可在SCLK空閑高或低的情況下工作，即CPOL = CPHA = 0或CPOL = CPHA = 1。

五、寄存器配置

1. 轉換寄存器

用于選擇每個掃描的活動模擬輸入通道和掃描模式。通過寫入轉換寄存器請求掃描，不同的掃描模式可實現不同的轉換效果。

2. 設置寄存器

配置時鐘、參考和掉電模式。其中CKSEL1和CKSEL0控制時鐘模式，REFSEL1和REFSEL0控制內部或外部參考使用。

3. 平均寄存器

配置ADC對每個請求結果最多平均32個樣本，并獨立控制單通道掃描請求的結果數量。

4. 復位寄存器

用于清除FIFO或將所有寄存器重置為默認狀態。

六、時鐘模式

1. 時鐘模式00

通過CNVST啟動喚醒、采集、轉換和關機序列，使用內部振蕩器自動執行。結果添加到內部FIFO中，掃描完成后EOC拉低。

2. 時鐘模式01

使用CNVST一次請求一個轉換，使用內部振蕩器自動執行。設置CNVST低開始采集，高開始轉換，轉換完成后ADC關機并拉低EOC。

3. 時鐘模式10

通過向轉換寄存器寫入輸入數據字節啟動喚醒、采集、轉換和關機序列，使用內部振蕩器自動執行。這是上電后的默認時鐘模式。

4. 時鐘模式11

通過向轉換寄存器寫入啟動采集和轉換，使用SCLK作為轉換時鐘，一次執行一個轉換。掃描和平均功能禁用，轉換結果在轉換期間可在DOUT獲得。

七、設計要點

1. 布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，應使用PCB，避免使用繞線板。電路板布局應確保數字和模擬信號線相互分離，避免模擬和數字（尤其是時鐘）信號平行布線或數字線在MAX11626 - MAX11629/MAX11632/MAX11633封裝下方布線。VDD電源中的高頻噪聲會影響性能，應使用0.1μF電容將VDD電源旁路到GND，靠近VDD引腳，并盡量減小電容引線長度以獲得最佳電源噪聲抑制。如果電源噪聲很大，可串聯一個10Ω電阻以改善電源濾波。

2. 部分讀寫

在FIFO讀取和寫入時，需要注意部分讀寫的情況，避免數據丟失和FIFO損壞。

八、總結

MAX11626 - MAX11633系列ADC以其豐富的特性、高精度和靈活的配置，為電子工程師在系統監控、數據采集等領域提供了強大的解決方案。在設計過程中，合理利用其功能和注意設計要點，能夠充分發揮這些ADC的性能，實現高效、準確的數據采集和處理。你在使用這類ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。