MAX1156/MAX1158/MAX1174：高性能單電源ADC的卓越之選

在現代電子設計中，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，我們要深入探討MAXIM公司的MAX1156/MAX1158/MAX1174這三款14位、135ksps的單電源ADC，它們以其出色的性能和豐富的特性，在眾多應用領域中展現出強大的競爭力。

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一、產品概述

MAX1156/MAX1158/MAX1174是低功耗、逐次逼近型ADC，具備自動掉電功能、工廠校準的內部時鐘以及字節寬并行接口。它們采用單 +4.75V 至 +5.25V 模擬電源供電，并配備獨立的數字電源輸入，可直接與 +2.7V 至 +5.25V 的數字邏輯接口。這三款ADC在不同的輸入電壓范圍上有所區別：MAX1156接受 0 至 +10V 的模擬輸入電壓范圍；MAX1158接受 ±10V 的雙極性模擬輸入電壓范圍；MAX1174接受 ±5V 的雙極性模擬輸入電壓范圍。

二、產品特性

（一）高精度性能

• 高分辨率：14位的分辨率能夠提供更精確的數字輸出，滿足對精度要求較高的應用場景。
• 低非線性誤差：最大 ±1LSB 的積分非線性（INL）和最大 ±1LSB 的差分非線性（DNL），確保了轉換結果的準確性和單調性。
• 出色的AC性能：總諧波失真（THD）低至 -100dB，信號 - 噪聲比（SNR）可達 85dB，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）可達 85dB，無雜散動態范圍（SFDR）可達 103dB，這些指標保證了在復雜信號環境下的高質量轉換。

（二）低功耗設計

• 低電源電流：在使用外部參考時，最大電源電流為 2.9mA；使用內部 +4.096V 參考時，最大電源電流為 3.8mA。在AutoShutdown模式下，電源電流可低至 5μA，非常適合電池供電的應用。
• 自動掉電功能：AutoShutdown? 功能可在 10ksps 采樣率下將電源電流降至 0.4mA（典型值），有效降低功耗。

（三）靈活的接口和輸入范圍

• 字節寬并行接口：方便與微處理器進行高速數據傳輸，提高系統的響應速度。
• 多種輸入電壓范圍：提供 0 至 +10V、±10V 和 ±5V 三種不同的輸入電壓范圍，可滿足不同應用的需求。

（四）小封裝設計

采用 20 引腳的 TSSOP 封裝，節省電路板空間，適用于對空間要求較高的設計。

三、電氣特性

（一）直流精度

• 分辨率：14 位，能夠提供精細的數字輸出。
• 偏移誤差：最大為 ±10mV，確保了轉換結果的準確性。
• 增益誤差：最大為 ±0.2% FSR，保證了增益的穩定性。
• 偏移漂移：最大為 16μV/°C，增益漂移最大為 ±1ppm/°C，減少了溫度變化對轉換結果的影響。

（二）交流精度

在 1kHz 輸入頻率、滿量程輸入電壓和 135ksps 采樣率的條件下，SNR 可達 85dB，SINAD 可達 85dB，THD 低至 -100dB，SFDR 可達 103dB，展現出出色的交流性能。

（三）模擬輸入特性

• 輸入范圍：不同型號的輸入范圍不同，可根據具體需求選擇。
• 輸入電阻：在正常工作模式下，MAX1156/MAX1174 的輸入電阻為 5.3kΩ 至 9.2kΩ，MAX1158 的輸入電阻為 7.8kΩ 至 13.0kΩ。
• 輸入電流：在不同輸入電壓范圍和工作模式下，輸入電流有所不同，但都在合理范圍內。

（四）內部和外部參考

• 內部參考：提供 +4.096V 的輸出電壓，溫度系數為 ±35ppm/°C，短路電流為 ±10mA。
• 外部參考：可接受 3.8V 至 4.2V 的外部參考電壓，REFADJ 輸入阻抗典型值為 5kΩ。

（五）數字輸入/輸出特性

• 輸出高電壓：在特定條件下，輸出高電壓為 DVDD - 0.4V。
• 輸出低電壓：在特定條件下，輸出低電壓為 0.4V。
• 輸入高電壓：為 0.7 × DVDD，輸入低電壓為 0.3 × DVDD。
• 輸入泄漏電流：最大為 ±1μA，輸入滯后為 0.2V，輸入電容為 15pF。

（六）電源特性

• 模擬電源電壓：范圍為 4.75V 至 5.25V。
• 數字電源電壓：范圍為 2.70V 至 5.25V。
• 模擬電源電流：在不同參考和采樣率下有所不同，最大為 6.2mA。
• 數字電源電流：最大為 0.75mA。
• 電源抑制比：最大為 1LSB。

（七）時序特性

• 最大采樣率：可達 135ksps。
• 采集時間：最小為 2μs。
• 轉換時間：最大為 4.7μs。

四、工作原理

（一）轉換操作

采用逐次逼近（SAR）轉換技術，并帶有固有的跟蹤 - 保持（T/H）階段。在跟蹤模式下，內部保持電容采集模擬信號；在保持模式下，T/H 開關打開，電容式 DAC 對模擬輸入進行采樣。轉換結束后，通過控制 CS 和 R/C 信號將有效數據加載到總線上。

（二）電源管理

通過 R/C 位在 CS 的第二個下降沿選擇待機模式或關機模式。待機模式下，ADC 的內部參考和參考緩沖器在轉換之間不會掉電，可實現快速啟動；關機模式下，參考和參考緩沖器在轉換完成后掉電，以降低功耗。

（三）內部時鐘

內部生成轉換時鐘，減輕了微處理器的負擔。從進入保持模式（CS 的第二個下降沿）到轉換結束（EOC 下降）的總轉換時間最大為 4.7μs。

五、應用信息

（一）啟動轉換

通過 CS 和 R/C 信號控制采集和轉換。CS 的第一個下降沿在 R/C 為低電平時為設備上電并使其進入采集模式；轉換開始前，若從關機狀態上電，內部參考需要至少 12ms 的時間喚醒和穩定。

（二）選擇電源模式

根據 R/C 在 CS 的第二個下降沿的狀態選擇待機或關機模式。R/C 為低電平時進入待機模式，參考和緩沖器保持開啟；R/C 為高電平時進入關機模式，參考和緩沖器在轉換后掉電。

（三）讀取轉換結果

EOC 信號用于標志轉換完成，其下降沿表示數據有效并可輸出到總線。D0 - D13 為并行輸出，通過 CS 的第三個下降沿和 R/C 為高電平將數據加載到輸出總線上。HBEN 用于切換高低字節輸出。

（四）輸入緩沖

大多數應用需要輸入緩沖放大器以實現 14 位精度并防止源負載。在采集后立即切換通道，輸入放大器需具備足夠的壓擺率以在采集時間開始前完成輸出電壓的變化。

六、布局、接地和旁路建議

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板。避免模擬和數字線路相互平行，不要在 ADC 封裝下方布置數字信號路徑。使用獨立的模擬和數字接地平面，并在靠近設備的位置單點連接兩個接地系統。將數字信號遠離敏感的模擬和參考輸入，若數字線路必須與模擬線路交叉，應采用直角交叉以減少耦合。如果模擬和數字部分共享同一電源，可使用低值電阻或鐵氧體磁珠進行隔離。同時，對 AVDD 進行旁路處理，使用 0.1μF 電容與 1μF 至 10μF 的低 ESR 電容并聯，且電容引線要短以減少雜散電感。

七、總結

MAX1156/MAX1158/MAX1174 這三款ADC以其高精度、低功耗、靈活的接口和輸入范圍等優點，成為高性能、電池供電的數據采集應用的理想選擇。無論是工業過程控制、儀器儀表還是醫療應用，它們都能提供可靠的解決方案。作為電子工程師，在設計相關系統時，充分了解和利用這些特性，將有助于提高系統的性能和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似ADC的使用問題呢？歡迎在評論區分享交流。