探索MAX1261/MAX1263：高性能12位ADC的卓越之選

在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個至關重要的環節。今天，我們將深入探討MAXIM公司的兩款低功耗、12位模擬 - 數字轉換器（ADCs）——MAX1261和MAX1263，了解它們的特性、應用以及在實際設計中的注意事項。

文件下載：MAX1261AEEI+T.pdf

產品概述

MAX1261/MAX1263具有逐次逼近型ADC、自動掉電、快速喚醒（2μs）、片上時鐘、+2.5V內部參考以及高速字節并行接口等特性。它們采用單+3V模擬電源供電，VLOGIC引腳允許其直接與+1.8V至+5.5V的數字電源接口。在250ksps的最大采樣率下，功耗僅為5.7mW（VDD = VLOGIC）。

這兩款器件提供軟件可配置的模擬輸入，支持單極性/雙極性以及單端/偽差分操作。MAX1261在單端模式下有8個輸入通道，而MAX1263有4個輸入通道；在偽差分模式下，分別為4個和2個輸入通道。

產品特性

高精度與高性能

• 12位分辨率：提供±0.5 LSB的線性度，確保了高精度的轉換。
• 動態性能出色：在50kHz輸入信號、250ksps采樣率和雙極性輸入模式下，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）可達70dB，總諧波失真（THD）低至 - 78dB，無雜散動態范圍（SFDR）為80dB。

低功耗設計

• 多種功耗模式：具有軟件可選的掉電模式，在轉換之間可將器件關閉，在降低采樣率時，可將電源電流降至10μA以下。
• 不同采樣率下的低功耗表現：250ksps時電流為1.9mA，100ksps時為1.0mA，10ksps時為400μA，掉電模式下僅為2μA。

靈活的接口與配置

• 邏輯電平可調：用戶可調節邏輯電平（+1.8V至+3.6V），方便與不同的數字電路接口。
• 軟件可配置的輸入多路復用器：可根據需求選擇單端或偽差分輸入模式，以及單極性或雙極性輸入。
• 字節并行接口：采用（8 + 4）并行接口，便于與標準微處理器連接。

小尺寸封裝

MAX1261采用28引腳QSOP封裝，MAX1263采用24引腳QSOP封裝，適合對空間要求較高的應用。

工作原理

轉換技術

MAX1261/MAX1263采用逐次逼近（SAR）轉換技術和輸入跟蹤/保持（T/H）階段，將模擬輸入信號轉換為12位數字輸出。其并行（8 + 4）輸出格式為與標準微處理器接口提供了便利。

單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內部切換到相應的輸入通道，IN - 切換到COM；在偽差分模式下，IN+和IN - 從模擬輸入對中選擇，并內部切換到模擬輸入。轉換過程中，T/H開關在采集間隔結束時打開，保持電容上的電荷作為輸入信號的樣本，然后電容式數模轉換器（DAC）在轉換周期的剩余時間內進行調整，以恢復比較器正輸入的節點0電壓至0V。

時鐘模式

• 內部時鐘模式：通過設置控制字節的D7位為1，D6位為0來選擇。此時CLK引腳需連接到VDD或GND，以防止引腳浮空，轉換時間為3.6μs。
• 外部時鐘模式：將控制字節的D6和D7位設置為1。推薦使用100kHz至4.8MHz的時鐘頻率，占空比為30%至70%。

啟動轉換

通過寫入控制字節來啟動轉換，該字節選擇多路復用器通道并配置器件為單極性或雙極性操作。控制字節中的ACQMOD位提供內部和外部兩種采集模式。轉換周期在內部或外部時鐘及采集模式下均持續13個時鐘周期。

讀取轉換結果

當轉換完成且輸出數據準備好時，INT信號變為低電平。通過設置CS和RD為低電平來讀取輸出數據，HBEN位用于選擇讀取高4位或低8位。

應用領域

• 工業控制系統：可用于精確的數據采集和控制，確保系統的穩定性和準確性。
• 數據記錄：在需要長期記錄數據的應用中，低功耗特性可延長電池壽命。
• 能源管理：幫助監測和管理能源消耗，實現節能目標。
• 患者監測：提供高精度的生理信號采集，保障醫療設備的可靠性。
• 數據采集系統：適用于各種數據采集場景，滿足不同的采樣需求。
• 觸摸屏：實現觸摸信號的精確轉換，提升用戶體驗。

設計注意事項

電源和接地

• 為了獲得最佳性能，應使用印刷電路板（PC），確保模擬和數字走線的適當分離。
• 采用單獨的模擬和數字PC板接地部分，通過一個星點連接兩個接地系統，以降低噪聲。
• 對VDD進行旁路處理，使用0.1μF和4.7μF的并聯電容網絡，盡可能靠近器件的電源引腳，以減少電源噪聲的影響。

參考電壓

• 可使用內部或外部參考電壓。使用內部參考時，需在REF和GND之間連接至少4.7μF的電容，以減少參考噪聲和開關尖峰；在REFADJ和GND之間連接0.01μF的電容，進一步降低噪聲。
• 使用外部參考時，可將其連接到REF或REFADJ。若連接到REF，需將REFADJ連接到VDD以禁用內部參考緩沖器。

采樣率

在運行最大時鐘頻率4.8MHz時，通過每19個時鐘周期完成一次轉換，可實現250ksps的指定吞吐量。若要實現高達300ksps的吞吐量，可采用先寫入控制字開始下一次轉換的采集周期，再從總線讀取上一次轉換結果的方法，但需注意數據總線切換可能帶來的額外電源噪聲。

總結

MAX1261/MAX1263以其高精度、低功耗、靈活的配置和小尺寸封裝等特性，成為電池供電和數據采集應用以及對功耗和空間要求較高的電路的理想選擇。在實際設計中，合理考慮電源、接地、參考電壓和采樣率等因素，能夠充分發揮這兩款ADC的性能優勢。你在使用類似ADC時遇到過哪些挑戰？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。