MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的卓越之選

在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個關鍵環節，而ADC（模擬 - 數字轉換器）則是實現這一轉換的核心器件。今天，我們要深入探討的是MAXIM公司的MAX1110/MAX1111，這兩款低功耗、多通道、8位串行ADC，它們在眾多應用場景中展現出了出色的性能。

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一、器件概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位ADC，具備8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模擬輸入。它們集成了內部跟蹤/保持電路、電壓基準、時鐘和串行接口，可在2.7V至5.5V的單電源下工作。在高達50ksps的采樣率下，僅消耗85μA電流，在1ksps時，電流更是低至6μA，非常適合對功耗要求嚴格的應用。

主要特性

1. 寬電源范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，適應不同的電源環境。
2. 低功耗：在不同采樣率下都能保持較低的功耗，有效延長電池供電設備的續航時間。
3. 多通道輸入：MAX1110有8個單端或4個差分輸入通道，MAX1111有4個單端或2個差分輸入通道，可滿足多種信號采集需求。
4. 軟件可配置：輸入模式可通過軟件配置為單極性/雙極性、單端/差分操作，增加了使用的靈活性。
5. 串行接口兼容：4線串行接口與SPI?、QSPI?和MICROWIRE?標準兼容，方便與微處理器連接。
6. 自動掉電模式：具有軟件可編程的2μA自動掉電模式，進一步降低功耗。

二、電氣特性

直流精度

• 分辨率：8位分辨率，能夠滿足大多數應用的精度要求。
• 相對精度：在不同電源電壓下，相對精度有所不同，如在2.7V至3.6V電源電壓下，典型值為±0.15 LSB。
• 差分非線性：無漏碼，最大差分非線性為±1 LSB。
• 偏移誤差：在2.7V至3.6V電源電壓下，典型偏移誤差為±0.35 LSB。
• 增益誤差：在5.5V電源電壓下，典型增益誤差為±0.5 LSB。

動態特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值為49dB，能夠有效還原輸入信號。
• 總諧波失真（THD）：典型值為 - 70dB，保證了信號的純凈度。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：典型值為68dB，減少了雜散信號的干擾。
• 通道間串擾：在特定條件下，通道間串擾低至 - 75dB，提高了多通道采集的準確性。

其他特性

• 轉換時間：內部時鐘模式下為25 - 55μs，外部時鐘模式下（500kHz，10個時鐘/轉換周期）為20μs。
• 跟蹤/保持采集時間：外部時鐘2MHz時，tACQ為1μs，其計算公式為 (tACQ = 6 times (RS + R{IN}) times 18 pF)，其中 (R_{IN}=6.5 k Omega)，且tACQ不小于1μs。
• 內部參考電壓：REFOUT電壓為2.048V，溫度系數為±50 ppm/°C。

三、引腳說明

MAX1110

• CH0 - CH7：采樣模擬輸入引腳。
• COM：模擬輸入的接地參考，在單端模式下設置零碼電壓。
• SHDN：三級關斷輸入，可控制芯片進入低功耗狀態。
• REFIN：參考電壓輸入，可連接到REFOUT使用內部參考。
• REFOUT：內部參考發生器輸出，需用1μF電容旁路到AGND。
• AGND：模擬地。
• DGND：數字地。
• DOUT：串行數據輸出，在SCLK下降沿輸出數據。
• SSTRB：串行選通輸出，指示轉換結束。
• DIN：串行數據輸入，在SCLK上升沿輸入數據。
• CS：片選信號，低電平有效。
• SCLK：串行時鐘輸入，控制數據的輸入和輸出，同時也設置轉換速度。
• VDD：正電源電壓，范圍為2.7V至5.5V。

MAX1111

引腳功能與MAX1110類似，但通道數量和封裝不同，MAX1111采用16引腳QSOP封裝，而MAX1110采用20引腳SSOP封裝。

四、工作原理

偽差分輸入

ADC的模擬比較器采樣架構采用偽差分輸入方式。在單端模式下，IN + 連接到所選輸入通道，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN + 和IN - 從特定的通道對中選擇。在差分模式下，只有IN + 的信號被采樣，IN - 必須在轉換期間相對于AGND保持穩定在±0.5 LSB（最佳結果為±0.1 LSB），可通過連接0.1μF電容到AGND來實現。

跟蹤/保持

跟蹤/保持電路在8位控制字節的第6位移入后的時鐘下降沿進入跟蹤模式，在第8位移入后的時鐘下降沿進入保持模式。根據輸入模式的不同，采樣正輸入或輸入差值。

輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號帶寬，可利用欠采樣技術數字化高速瞬態事件和測量帶寬超過采樣率的周期性信號，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號混疊。

五、使用方法

快速評估

可使用圖5所示的電路快速評估MAX1110/MAX1111的模擬性能。將DIN連接到 + 3V，可觸發單端、單極性轉換。

啟動轉換

通過將控制字節時鐘輸入到DIN來啟動轉換。CS低電平時，SCLK的上升沿將位從DIN時鐘輸入到內部移位寄存器。第一個邏輯“1”位定義控制字節的MSB。

簡單軟件接口

1. 設置控制字節TB1，格式為1XXXXX11二進制，選擇外部時鐘模式。
2. 使用CPU的通用I/O線將CS拉低。
3. 發送TB1并接收字節RB1，忽略RB1。
4. 發送全零字節（$00 hex）并接收字節RB2。
5. 再次發送全零字節（$00 hex）并接收字節RB3。
6. 將CS拉高。

時鐘模式

• 外部時鐘模式：外部時鐘不僅用于數據移位，還驅動模數轉換步驟。SSTRB在控制字節的最后一位后脈沖高電平兩個時鐘周期。轉換必須在1ms內完成，否則采樣保持電容的下垂會影響轉換結果。
• 內部時鐘模式：釋放了微處理器運行SAR轉換時鐘的負擔，可在轉換完成后以高達2MHz的時鐘速率讀取轉換結果。SSTRB在轉換開始時變低，轉換完成時變高。

六、應用場景

MAX1110/MAX1111適用于多種應用場景，包括：

• 便攜式數據記錄：低功耗特性使其非常適合電池供電的便攜式設備。
• 手持測量設備：多通道輸入和高分辨率可滿足各種測量需求。
• 醫療儀器：對精度和可靠性要求較高的醫療設備。
• 系統診斷：用于監測和診斷系統的運行狀態。
• 太陽能供電遠程系統：低功耗和寬電源范圍適應太陽能供電的環境。
• 4mA至20mA供電遠程數據采集系統：可在工業環境中穩定工作。

MAX1110/MAX1111以其低功耗、多通道、高分辨率和靈活的接口等特性，為電子工程師提供了一個優秀的ADC解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理選擇和配置，以充分發揮其性能優勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。