MAX11646/MAX11647：低功耗10位ADC的卓越之選

在電子設計領域，模擬 - 數字轉換器（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MAX11646/MAX11647這兩款低功耗、1 - /2通道、I2C接口的10位ADC，它們以其小巧的封裝和出色的性能，在眾多應用場景中展現出獨特的優勢。

文件下載：MAX11647.pdf

一、產品概述

MAX11646/MAX11647集成了內部跟蹤/保持（T/H）電路、電壓基準、時鐘和I2C兼容的兩線串行接口。MAX11647工作電壓范圍為2.7V至3.6V，而MAX11646則為4.5V至5.5V。在1ksps的采樣率下，它們僅需6μA的電流，并且具備AutoShutdown?功能，能在轉換間隙將器件斷電，在低吞吐量速率下將電源電流降至1μA以下。

這兩款ADC可測量兩個單端輸入或一個差分輸入，其全差分模擬輸入可通過軟件配置為單極性或雙極性、單端或差分操作。滿量程模擬輸入范圍由內部基準或1V至VDD的外部基準電壓決定，MAX11647內置2.048V基準，MAX11646則為4.096V。它們提供超小的1.9mm x 2.2mm WLP封裝和8引腳μMAX?封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

二、關鍵特性

2.1 封裝小巧

超小的1.9mm x 2.2mm晶圓級封裝（WLP），非常適合對空間要求苛刻的應用，如手持便攜式設備。

2.2 高速接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式的I2C兼容串行接口，能夠實現快速的數據傳輸。

2.3 電源靈活

單電源供電，MAX11647為2.7V至3.6V，MAX11646為4.5V至5.5V，可根據不同的應用需求選擇合適的電源。

2.4 基準多樣

內部基準分別為2.048V（MAX11647）和4.096V（MAX11646），同時也支持1V至VDD的外部基準，提供了更多的靈活性。

2.5 低功耗

在不同采樣率下，功耗表現出色。例如，在94.4ksps時為670μA，40ksps時為230μA，10ksps時為60μA，1ksps時為6μA，掉電模式下僅為0.5μA。

2.6 軟件可配置

可通過軟件配置為單極性或雙極性操作，滿足不同的應用需求。

三、電氣特性

3.1 直流精度

分辨率為10位，相對精度（INL）和差分非線性（DNL）均為±1 LSB，偏移誤差和增益誤差也為±1 LSB，通道間偏移匹配和增益匹配為±0.1 LSB，具有較高的精度。

3.2 動態性能

在10kHz輸入信號、VIN(P - P) = VREF、94.4ksps采樣率的條件下，信噪失真比（SINAD）為60dB，總諧波失真（THD）為 - 70dB，無雜散動態范圍（SFDR）為70dB，全功率帶寬為3.0MHz，全線性帶寬為5.0MHz。

3.3 轉換速率

內部時鐘模式下，轉換時間為10.6μs，吞吐量速率為94.4ksps；外部時鐘模式下，轉換時間為6.8μs，吞吐量速率為53ksps。

四、工作原理

4.1 模擬輸入與跟蹤/保持

MAX11646/MAX11647的模擬輸入架構包含模擬輸入多路復用器、全差分T/H電容、T/H開關、比較器和全差分開關電容數模轉換器（DAC）。在單端模式下，模擬輸入多路復用器將T/H電容連接到所選的模擬輸入和地之間；在差分模式下，連接到所選的正負模擬輸入之間。在采集間隔，T/H開關處于跟蹤位置，T/H電容充電至模擬輸入信號；采集間隔結束后，T/H開關切換到保持位置，保持電容上的電荷作為輸入信號的穩定樣本。

4.2 轉換過程

在轉換間隔，開關電容DAC進行調整，使比較器輸入電壓在10位分辨率的范圍內恢復到0V，這需要10個轉換時鐘周期，相當于將11pF × (VIN+ - VIN - )的電荷從T/H電容轉移到二進制加權電容DAC，形成模擬輸入信號的數字表示。

4.3 時鐘模式

• 內部時鐘模式：使用內部振蕩器作為轉換時鐘。在接收到有效地址的第八個上升時鐘沿后開始跟蹤模擬輸入，第九個時鐘的下降沿采集模擬信號并開始轉換。轉換過程中，SCL被拉低（時鐘拉伸），轉換完成后結果存儲在內部存儲器中。
• 外部時鐘模式：使用SCL作為轉換時鐘。在有效從地址字節的第九個上升時鐘沿開始跟蹤模擬輸入，兩個SCL時鐘周期后采集模擬信號并開始轉換。轉換后的數據在四個空的高電平位后即可獲得，設備會持續轉換輸入通道，直到收到不確認信號。

4.4 掃描模式

通過配置字節的SCAN0和SCAN1設置掃描模式。掃描結果按轉換順序寫入存儲器，讀取時也按此順序進行。每個結果需要2字節傳輸，第一個字節以六個空的高電平位開始，每個字節都需要主設備確認，否則存儲器傳輸將終止。

五、應用信息

5.1 上電復位

配置和設置寄存器默認進行單端、單極性、單通道轉換，使用內部時鐘，以VDD為基準。上電后存儲器內容未知。

5.2 自動關機

在轉換間隙，MAX11646/MAX11647處于空閑狀態時會自動關機，除內部基準外的所有模擬電路都會參與自動關機。使用外部時鐘模式時，需要發出STOP、不確認或重復START條件才能進入空閑狀態并受益于自動關機；內部時鐘模式下，所有轉換結果寫入存儲器后即進入掉電狀態。自動關機可顯著節省功耗，尤其在低轉換速率和使用內部時鐘時。

5.3 參考電壓

• 內部參考：MAX11646為4.096V，MAX11647為2.048V。當REF配置為內部參考輸出時，需要用0.1μF電容和2kΩ串聯電阻將REF接地。內部參考喚醒需要10ms，關機時輸出處于高阻抗狀態。
• 外部參考：范圍為1V至VDD，為保證最大轉換精度，參考源需能夠提供高達40μA的電流，輸出阻抗不超過500Ω。如果參考源輸出阻抗較高或有噪聲，需用0.1μF電容盡可能靠近REF接地。

六、布局與接地

在PCB布局時，應確保模擬和數字走線適當分離，避免模擬和數字線平行布線，不要在ADC封裝下方布置數字信號路徑。使用單獨的模擬和數字PCB接地部分，通過一個星型點連接兩個接地系統。為實現低噪聲操作，要確保接地返回至星型接地的電源具有低阻抗且盡可能短。將數字信號遠離敏感的模擬和參考輸入。在VDD和星型接地之間使用0.1μF和4.7μF的并聯電容網絡進行旁路，盡量縮短電容引腳長度，若電源噪聲過大，可在電源中串聯一個5Ω的衰減電阻。

七、總結

MAX11646/MAX11647以其低功耗、高速接口、小巧封裝和豐富的功能，為電子工程師在設計手持便攜式設備、醫療儀器、電池供電測試設備等應用時提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體的需求，合理配置時鐘模式、掃描模式和參考電壓，同時注意PCB布局和接地，以充分發揮這兩款ADC的性能優勢。你在使用類似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。