MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的詳細解析

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、產品概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位、8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模擬 - 數字轉換器。它們具備內部跟蹤/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的電流，在1ksps時電流更是低至6μA，非常適合對功耗要求較高的應用場景。

產品特性

1. 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，適應多種電源環境。
2. 低功耗設計：在不同采樣率下都能保持較低的功耗，如50ksps時為85μA，1ksps時為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：內部跟蹤/保持電路支持50kHz的采樣率。
6. 內部基準：具備2.048V的內部基準。
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：總未調整誤差最大為±1 LSB，典型值為±0.3 LSB。
9. 自動掉電模式：軟件可編程的2μA自動掉電模式，可進一步降低功耗。

二、技術參數詳解

1. 絕對最大額定值

在使用MAX1110/MAX1111時，需要注意其絕對最大額定值，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對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，失調誤差和增益誤差也有相應的指標。
• 動態特性：在特定輸入條件下，信號 - 噪聲和失真比（SINAD）為49 dB，總諧波失真（THD）為 - 70 dB，無雜散動態范圍（SFDR）為68 dB，通道間串擾為 - 75 dB，小信號帶寬為1.5 MHz，滿功率帶寬為800 kHz。
• 轉換速率：轉換時間在內部時鐘和外部時鐘模式下有所不同，跟蹤/保持采集時間、孔徑延遲和孔徑抖動也有相應的參數。
• 模擬輸入：輸入電壓范圍根據單端和差分模式以及單極性和雙極性輸入有所不同，多路復用器泄漏電流和輸入電容也有明確指標。
• 內部基準：REFOUT電壓典型值為2.048V，短路電流為3.5 mA，溫度系數為±50 ppm/°C，負載調整率在特定條件下為2.5 mV。
• 外部基準：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，不同電源電壓和負載條件下的供電電流有所不同，電源抑制比也有相應指標。
• 數字輸入輸出：數字輸入的高、低電壓和滯后電壓有明確規定，輸入泄漏電流和電容也有相應參數；數字輸出的低、高電壓和三態泄漏電流、電容等也有具體指標。

3. 時序特性

包括跟蹤/保持采集時間、DIN到SCLK的建立和保持時間、SCLK下降沿到輸出數據有效時間等一系列時序參數，這些參數對于正確使用ADC至關重要。

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。
2. COM引腳：模擬輸入的接地參考，在單端模式下設置零碼電壓。
3. SHDN引腳：三級關斷輸入，可控制器件的功耗狀態。
4. REFIN引腳：用于連接外部參考電壓，也可連接REFOUT使用內部參考。
5. REFOUT引腳：內部參考發生器輸出，需用1μF電容旁路到AGND。
6. AGND和DGND引腳：分別為模擬地和數字地。
7. DOUT引腳：串行數據輸出，在SCLK下降沿時鐘輸出數據。
8. SSTRB引腳：串行選通輸出，用于指示轉換結束。
9. DIN引腳：串行數據輸入，在SCLK上升沿時鐘輸入數據。
10. CS引腳：片選信號，低電平有效。
11. SCLK引腳：串行時鐘輸入，用于時鐘數據的輸入和輸出。
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采用偽差分輸入。在單端模式下，IN + 內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）。

2. 跟蹤/保持

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

3. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號帶寬，可通過欠采樣技術對高速瞬態事件進行數字化和測量帶寬超過采樣率的周期性信號。為避免高頻信號混疊，建議使用抗混疊濾波。

4. 模擬輸入

內部保護二極管可使通道輸入引腳在(AGND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范圍內擺動而不受損壞，但為保證準確轉換，輸入不應超過VDD 50mV或低于AGND 50mV。

5. 控制字節

通過控制字節的不同位可配置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、電源模式和時鐘模式等。

五、使用方法

1. 快速評估

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

2. 啟動轉換

通過將控制字節時鐘輸入DIN來啟動轉換，CS低電平時，SCLK的上升沿將DIN的位時鐘輸入內部移位寄存器。

3. 簡單軟件接口

在使用時，需確保CPU的串行接口運行在主模式，選擇合適的時鐘頻率。按照特定步驟進行操作，如設置控制字節、拉低CS、傳輸控制字節和接收轉換結果等。

六、時鐘模式

1. 外部時鐘模式

外部時鐘不僅用于數據的移位，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，后續的SCLK下降沿輸出轉換結果。

2. 內部時鐘模式

內部時鐘模式可減輕微處理器運行SAR轉換時鐘的負擔，轉換結果可在處理器方便時讀取。SSTRB在轉換開始時變低，轉換完成時變高。

七、應用信息

1. 上電復位

上電時，若SHDN未拉低，內部上電復位電路將激活器件，SSTRB在上電時為高電平，CS低電平時，DIN的第一個邏輯1被解釋為起始位。

2. 掉電模式

• 軟件掉電：通過控制字節的PD1位激活，轉換完成后進入低靜態電流狀態。
• 硬線掉電：拉低SHDN可使器件進入硬線掉電狀態，同時控制內部基準的狀態。

3. 外部參考

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

4. 內部參考

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

5. 傳輸函數

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

6. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，分離數字和模擬信號線，建立單點模擬接地，對電源進行旁路濾波。

八、總結

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。在設計過程中，工程師需要根據具體應用需求合理選擇和使用這些特性，同時注意器件的電氣參數、引腳功能、工作原理和使用方法，以確保設計的穩定性和可靠性。你在使用MAX1110/MAX1111的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。