MAX1034/MAX1035：8/4通道、±VREF多量程輸入串行14位ADC

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們來(lái)深入探討MAXIM公司的兩款出色的ADC產(chǎn)品——MAX1034和MAX1035。這兩款14位逐次逼近型ADC，具有多量程、低功耗等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1034/MAX1035是由MAXIM推出的多量程、低功耗14位逐次逼近型模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。它們采用單 +5V 電源供電，最高吞吐量可達(dá)115ksps。同時(shí)，獨(dú)立的數(shù)字電源允許其與2.7V至5.25V的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字接口，通過(guò)SPI - /QSPI? - /MICROWIRE?兼容的串行接口實(shí)現(xiàn)通信。

1. 通道配置

• MAX1034：提供8個(gè)單端或4個(gè)真差分模擬輸入通道。
• MAX1035：提供4個(gè)單端或2個(gè)真差分模擬輸入通道。

2. 輸入范圍

每個(gè)模擬輸入通道都可以通過(guò)軟件獨(dú)立編程，支持七種單端輸入范圍（0V至 +VREF/2、 -VREF/2至0V、0V至 +VREF、 -VREF至0V、±VREF/4、±VREF/2和±VREF）和三種差分輸入范圍（±VREF/2、±VREF和±2 x VREF）。

3. 參考電壓

芯片內(nèi)部集成了 +4.096V 的參考電壓，也可以接受3.800V至4.136V的外部參考電壓。

4. 封裝與工作溫度

MAX1034采用24引腳TSSOP封裝，MAX1035采用20引腳TSSOP封裝，兩款器件的工作溫度范圍均為 -40°C至 +85°C。

二、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。例如，電源電壓的范圍在 -0.3V至 +6V之間，各引腳的電壓和電流也有相應(yīng)的限制。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保所有參數(shù)都在額定值范圍內(nèi)，否則可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

2. 直流精度

• 分辨率：14位，能夠提供較高的精度。
• 積分非線(xiàn)性（INL）：±0.25至±1 LSB。
• 差分非線(xiàn)性（DNL）：無(wú)丟失碼，±1 LSB。

3. 動(dòng)態(tài)特性

• 信噪比（SNR）：在不同的輸入范圍和采樣率下，SNR表現(xiàn)良好，最高可達(dá)84.5dB。
• 總諧波失真（THD）： -98dB，保證了信號(hào)的純凈度。

4. 轉(zhuǎn)換速率

根據(jù)不同的工作模式（外部時(shí)鐘模式、外部采集模式和內(nèi)部時(shí)鐘模式），轉(zhuǎn)換速率有所不同，最高可達(dá)115ksps。

5. 模擬輸入特性

• 帶寬：小信號(hào)帶寬為2MHz，全功率帶寬為700kHz，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 輸入范圍：支持多種單端和差分輸入范圍，并且具有±6V的過(guò)壓耐受能力。

6. 參考電壓特性

內(nèi)部參考電壓為4.096V，溫度系數(shù)為±30ppm/°C。外部參考電壓范圍為3.800V至4.136V。

7. 數(shù)字輸入輸出特性

數(shù)字輸入輸出引腳具有特定的電壓和電流要求，例如輸入高電壓為0.7 x VDVDDO，輸入低電壓為0.3 x VDVDDO等。

8. 電源要求

需要多個(gè)電源供電，包括模擬電源AVDD1、AVDD2，數(shù)字電源DVDD、DVDDO等。每個(gè)電源都有相應(yīng)的電壓范圍和典型電流消耗。

三、典型工作特性

通過(guò)一系列的圖表展示了不同參數(shù)之間的關(guān)系，如電源電流與電源電壓、轉(zhuǎn)換速率的關(guān)系，增益漂移和偏移漂移與溫度的關(guān)系等。這些特性曲線(xiàn)可以幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

四、引腳描述

詳細(xì)介紹了每個(gè)引腳的功能，包括電源引腳、模擬輸入引腳、數(shù)字輸入輸出引腳等。例如，AVDD1是模擬電源電壓1，需要連接到 +4.75V至 +5.25V的電源，并通過(guò)0.1μF的電容旁路到AGND1。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，必須根據(jù)引腳功能正確連接各個(gè)引腳，以確保器件正常工作。

五、詳細(xì)描述

1. 轉(zhuǎn)換器操作

采用全差分、逐次逼近寄存器（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和片上跟蹤保持（T/H）電路，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字結(jié)果。支持單端和差分配置，具有可編程的單極性和雙極性信號(hào)范圍。

2. 跟蹤保持電路

采用開(kāi)關(guān)電容T/H架構(gòu)，允許將模擬輸入信號(hào)作為電荷存儲(chǔ)在采樣電容上。不同的工作模式下，T/H的時(shí)序和采樣時(shí)刻有所不同。

3. 模擬輸入電路

模擬輸入可以通過(guò)寫(xiě)入模擬輸入配置字節(jié)單獨(dú)配置為差分或單端轉(zhuǎn)換。輸入信號(hào)源需要能夠驅(qū)動(dòng)6kΩ的輸入電阻。模擬輸入具有±6V的故障耐受能力，通過(guò)背對(duì)背二極管進(jìn)行保護(hù)。

4. 模擬輸入帶寬

輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號(hào)帶寬，能夠數(shù)字化高速瞬態(tài)事件。但在數(shù)字化高于15kHz的信號(hào)頻率時(shí)，諧波失真會(huì)增加。

5. 模擬輸入范圍和故障耐受

每個(gè)模擬輸入通道可以獨(dú)立編程為不同的輸入范圍，并且具有±6V的故障耐受能力。任何超出滿(mǎn)量程范圍但在±6V故障耐受范圍內(nèi)的電壓，都會(huì)導(dǎo)致該通道輸出滿(mǎn)量程電壓。

6. 差分共模范圍

差分共模范圍（VCMDR）必須保持在 -4.75V至 +5.5V之間，以獲得有效的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

六、數(shù)字接口

采用SPI/QSPI和MICROWIRE兼容的串行接口，支持雙向通信。通過(guò)該接口可以選擇輸入通道配置、輸入范圍、工作模式，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并讀取結(jié)果。

1. 芯片選擇（CS）

CS引腳用于啟用與MAX1034/MAX1035的通信。當(dāng)CS為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿從DIN輸入到器件，在SCLK的下降沿從DOUT輸出。

2. 串行選通輸出（SSTRB）

SSTRB引腳在ADC完成轉(zhuǎn)換后變?yōu)楦唠娖剑甘窘Y(jié)果可以被讀取。在外部時(shí)鐘模式下，SSTRB始終為低電平。

3. 起始位

通信通過(guò)三種輸入數(shù)據(jù)字格式進(jìn)行，每個(gè)數(shù)據(jù)字以起始位開(kāi)始。起始位的定義與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)和工作模式有關(guān)。

4. 輸出數(shù)據(jù)格式

輸出數(shù)據(jù)以偏移二進(jìn)制格式在SCLK的下降沿從DOUT輸出，最高有效位（MSB）優(yōu)先。

七、模式控制

通過(guò)模式控制字節(jié)選擇轉(zhuǎn)換方法和控制電源模式，包括外部時(shí)鐘模式、外部采集模式、內(nèi)部時(shí)鐘模式、復(fù)位、部分掉電和完全掉電模式。

1. 選擇轉(zhuǎn)換方法

• 外部時(shí)鐘模式（模式0）：最高的最大吞吐量，用戶(hù)控制采樣時(shí)刻，CS在轉(zhuǎn)換期間保持低電平。
• 外部采集模式（模式1）：最低的最大吞吐量，用戶(hù)控制采樣時(shí)刻，在轉(zhuǎn)換期間可以釋放處理器負(fù)載。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式（模式2）：較高的最大吞吐量，內(nèi)部時(shí)鐘控制采樣時(shí)刻，在轉(zhuǎn)換期間可以釋放處理器負(fù)載。

2. 復(fù)位（模式4）

將器件復(fù)位到默認(rèn)條件，即全功率運(yùn)行，每個(gè)通道配置為±VREF、雙極性、單端轉(zhuǎn)換，使用外部時(shí)鐘模式。

3. 部分掉電模式（模式6）

除參考電壓發(fā)生器和偏置電源外，所有模擬部分都掉電。

4. 完全掉電模式（模式7）

所有模擬部分都掉電，總電源電流降至1μA（典型值）。

八、內(nèi)部或外部參考

可以使用內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考為4.096V的帶隙參考，使用時(shí)需要將REFCAP和REF通過(guò)電容旁路到AGND1。外部參考時(shí)，將REFCAP連接到AVDD1，REF接受外部參考電壓。

九、應(yīng)用信息

1. 降噪

通過(guò)過(guò)采樣可以減少轉(zhuǎn)換結(jié)果中的過(guò)渡噪聲影響，采樣次數(shù)的平方根決定了性能的改善程度。

2. 與4 - 20mA信號(hào)接口

可以將4 - 20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合MAX1034/MAX1035輸入的電壓信號(hào)，用于二進(jìn)制開(kāi)關(guān)或精密通信應(yīng)用。

3. 電橋應(yīng)用

在電橋應(yīng)用中，MAX1034/MAX1035比類(lèi)似的Σ - Δ轉(zhuǎn)換器更能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換1kHz信號(hào)。對(duì)于不能容忍輸入阻抗影響的應(yīng)用，可以對(duì)輸入進(jìn)行緩沖。

4. 動(dòng)態(tài)調(diào)整輸入范圍

通過(guò)軟件控制每個(gè)通道的模擬輸入范圍，可以動(dòng)態(tài)改變輸入范圍，提高某些應(yīng)用的性能。

5. 布局、接地和旁路

PCB布局對(duì)于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。應(yīng)使用獨(dú)立的模擬和數(shù)字接地平面，避免模擬和數(shù)字線(xiàn)路平行或數(shù)字線(xiàn)路在器件封裝下方。同時(shí)，對(duì)電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月冯娙菖渲茫詼p少噪聲影響。

十、參數(shù)定義

對(duì)一些重要的參數(shù)進(jìn)行了定義，如積分非線(xiàn)性（INL）、差分非線(xiàn)性（DNL）、過(guò)渡噪聲、通道間隔離等。了解這些參數(shù)的含義和計(jì)算方法，有助于準(zhǔn)確評(píng)估器件的性能。

綜上所述，MAX1034/MAX1035是兩款功能強(qiáng)大的ADC產(chǎn)品，具有多量程、低功耗、高精度等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、輸入范圍和參考電壓，同時(shí)注意PCB布局和電源管理，以充分發(fā)揮器件的性能。大家在使用過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。