深入解析MAX1265/MAX1267：高性能12位ADC的卓越之選

在電子設計的領域中，模擬到數字的轉換是至關重要的一環。今天，我們將深入探討MAXIM公司推出的兩款低功耗、12位模擬 - 數字轉換器（ADC）——MAX1265和MAX1267，它們以其出色的性能和豐富的功能，在眾多應用場景中展現出強大的競爭力。

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產品概述

MAX1265和MAX1267采用逐次逼近型（SAR）轉換技術和輸入跟蹤/保持（T/H）階段，能夠將模擬輸入信號轉換為12位數字輸出。這兩款ADC具有自動斷電、快速喚醒（2μs）、片上時鐘、+2.5V內部參考和高速12位并行接口等特性。它們僅需單 +2.7V至 +3.6V模擬電源供電，在最大采樣率265ksps時，功耗僅為5.4mW。此外，它們還提供軟件可選的斷電模式，可在轉換之間關閉，通過訪問并行接口即可恢復正常操作。在較低采樣率下，轉換之間斷電可將電源電流降至10μA以下。

特性亮點

高精度與高分辨率

• 12位分辨率：能夠提供精確的數字輸出，±0.5 LSB的線性度確保了數據的準確性。
• 內部 +2.5V參考：為轉換提供穩定的參考電壓，減少誤差。

靈活的輸入配置

• 軟件可配置的模擬輸入：支持單極/雙極和單端/偽差分操作。MAX1265在單端模式下有六個輸入通道，MAX1267有兩個；在偽差分模式下，分別為三個和一個輸入通道。
• 低電流消耗：不同采樣率下電流消耗不同，如265ksps時為1.9mA，100ksps時為1.0mA，10ksps時為400μA，關機模式下僅為2μA。

高速與高性能

• 內部3MHz全功率帶寬跟蹤/保持：能夠處理高速信號，實現快速準確的采樣。
• 并行12位接口：方便與標準微處理器接口，提高數據傳輸效率。

小封裝尺寸

• 28引腳QSOP（MAX1265）和24引腳QSOP（MAX1267）：節省電路板空間，適用于對空間要求較高的應用。

電氣特性

直流精度

• 分辨率：12位，確保了較高的測量精度。
• 相對精度：MAX126_A型號的相對精度為±0.5 LSB，MAX126_B型號為±1 LSB。
• 差分非線性：±1 LSB，保證無丟失碼，實現單調傳遞函數。
• 偏移誤差和增益誤差：均為±4 LSB，可通過校準進行補償。
• 增益溫度系數：±2.0 ppm/°C，確保在不同溫度環境下的穩定性。

動態特性

• 信噪比加失真（SINAD）：在50kHz輸入頻率、2.5VP - P輸入電壓和265ksps采樣率下，可達67 - 70 dB。
• 總諧波失真（THD）：包括5次諧波時為 - 78 dB，有效減少諧波干擾。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：80 dB，提供清晰的信號輸出。
• 互調失真（IMD）：76 dB，確保多信號輸入時的性能。
• 通道間串擾： - 78 dB，減少通道間的干擾。
• 全線性帶寬：250 kHz，SINAD > 68dB，可處理較寬頻率范圍的信號。
• 全功率帶寬：3 MHz， - 3dB滾降，滿足高速信號處理需求。

轉換速率

• 轉換時間：外部時鐘模式下為2.5 - 3.5 μs，外部采集/內部時鐘模式下為3.2 - 4.1 μs，內部采集/內部時鐘模式下也有相應的時間范圍。
• 跟蹤/保持采集時間：625 ns，確?？焖贉蚀_的信號采集。
• 孔徑延遲：50 ns，減少采樣延遲。
• 孔徑抖動：內部采集/內部時鐘模式下 < 200 < 50 ps，提高采樣穩定性。
• 外部時鐘頻率：0.1 - 4.8 MHz，可根據實際需求進行調整。

模擬輸入

• 輸入電壓范圍：單端和差分輸入模式下，單極時為0 - VREF，雙極時為 - VREF/2 - +VREF/2。
• 多路復用器泄漏電流：±0.01 - ±1 μA，減少信號泄漏。
• 輸入電容：12 pF，對輸入信號的影響較小。

內部參考

• REF輸出電壓：2.49 - 2.51 V，提供穩定的參考電壓。
• REF短路電流：15 mA，確保參考電路的安全性。
• REF溫度系數：±20 ppm/°C，保證參考電壓在不同溫度下的穩定性。
• REFADJ輸入范圍：±100 mV，可進行小范圍的參考電壓調整。
• 負載調節：0 - 0.5mA輸出負載時為0.2 mV/mA，確保參考電壓的穩定性。
• 電容旁路：REFADJ處為0.01 - 1 μF，REF處為4.7 - 10 μF，減少參考噪聲。

數字輸入和輸出

• 輸入電壓高和低：分別為2.0 V和0.8 V，確保數字信號的正確識別。
• 輸入滯后：200 mV，提高抗干擾能力。
• 輸入泄漏電流：±0.1 - ±1 μA，減少信號泄漏。
• 輸入電容：15 pF，對輸入信號的影響較小。
• 輸出電壓低和高：分別為0.4 V和VDD - 0.5 V，確保數字信號的正確輸出。
• 三態泄漏電流：±0.1 - ±1 μA，減少信號泄漏。
• 三態輸出電容：15 pF，對輸出信號的影響較小。

電源要求

• 模擬電源電壓：2.7 - 3.6 V，適應不同的電源環境。
• 正電源電流：不同模式下電流消耗不同，如工作模式下內部參考時為2.5 - 2.8 mA，外部參考時為1.9 - 2.3 mA；待機模式下內部參考時為0.9 - 1.2 mA，外部參考時為0.5 - 0.8 mA；關機模式下為2 - 10 μA。
• 電源抑制比：±0.4 - ±0.9 mV，有效減少電源噪聲對ADC的影響。

工作原理

單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內部切換到不同通道，IN - 切換到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從模擬輸入對中選擇。在采集間隔內，正輸入（IN+）對電容CHOLD充電，轉換間隔開始時，輸入多路復用器將CHOLD從正輸入切換到負輸入，電容式數模轉換器（DAC）進行調整，以恢復比較器正輸入節點0到0V，形成模擬輸入信號的數字表示。

模擬輸入保護

內部保護二極管將模擬輸入鉗位到VDD和GND，允許每個輸入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范圍內擺動而不損壞。但為了在滿量程附近進行準確轉換，兩個輸入不得超過（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。若模擬輸入電壓超過電源50mV以上，需將正向偏置輸入電流限制在4mA。

跟蹤/保持

MAX1265/MAX1267的T/H階段在WR上升沿進入跟蹤模式，在外部采集模式下，下一個WR上升沿進入保持模式；在內部采集模式下，寫入控制字節后時鐘的第四個下降沿進入保持模式。單端操作時采樣正輸入，偽差分操作時采樣|(IN+) - (IN -)|的差值。T/H階段采集輸入信號的時間取決于輸入電容的充電速度，輸入信號源阻抗高時，采集時間會延長。

輸入帶寬

MAX1265/MAX1267的T/H階段提供250kHz全線性和3MHz全功率帶寬，可使用欠采樣技術對高速瞬變進行數字化和測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號。為避免高頻信號混疊，建議進行抗混疊濾波。

啟動轉換

通過寫入控制字節選擇多路復用器通道并配置單極或雙極操作來啟動轉換。寫脈沖可啟動采集間隔或啟動采集加轉換。采集模式（ACQMOD）位提供內部和外部采集兩種選擇，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。在轉換周期內寫入新的控制字節會中止當前轉換并開始新的采集間隔。

內部采集

通過清除控制字節中的ACQMOD位（ACQMOD = 0）選擇內部采集，寫脈沖啟動內部定時的采集間隔，采集間隔結束后開始轉換。內部采集與內部時鐘結合時，孔徑抖動可能高達200ps，若要實現50ps抖動規格，建議使用外部采集模式。

外部采集

外部采集模式可精確控制采樣孔徑和/或依賴控制采集和轉換時間。用戶通過兩個單獨的寫脈沖控制采集和轉換開始。第一個寫脈沖（ACQMOD = 1）啟動不確定長度的采集間隔，第二個寫脈沖（ACQMOD = 0，控制字節其他位不變）終止采集并在WR上升沿開始轉換。輸入多路復用器的地址位在兩個寫脈沖中必須相同，斷電模式位（PD0，PD1）可在第二個寫脈沖中取新值，改變控制字節的其他位會破壞轉換。

讀取轉換結果

標準中斷信號INT用于在轉換結束且有有效結果時向微處理器（μP）發出標志。轉換完成且輸出數據準備好時，INT變低，在第一次讀取周期或寫入新的控制字節時返回高。

時鐘模式選擇

MAX1265/MAX1267可使用內部或外部時鐘。控制位D6和D7選擇內部或外部時鐘模式。若當前輸入字中選擇了斷電模式，器件將保留最后請求的時鐘模式。內部和外部時鐘模式均可使用內部或外部采集。上電時，MAX1265/MAX1267進入默認的外部時鐘模式。

內部時鐘模式

通過將控制字節的D7位設置為1，D6位設置為0選擇內部時鐘模式，內部時鐘頻率選定后，轉換時間為3.6μs。使用內部時鐘模式時，將CLK引腳拉高或拉低以防止引腳浮空。

外部時鐘模式

將控制字節的D6和D7位設置為1選擇外部時鐘模式。建議使用100kHz至4.8MHz的時鐘頻率，占空比為30%至70%。不建議使用低于100kHz的時鐘頻率，因為這會導致T/H階段保持電容上的電壓下降，從而降低性能。

數字接口

輸入和輸出數據在三態并行接口（I/O）上復用，可輕松與標準μP接口。信號CS、WR和RD控制讀寫操作。CS為芯片選擇信號，高電平時禁用CLK、WR和RD輸入，并使接口進入高阻抗（高 - Z）狀態。

應用信息

上電復位

首次上電時，內部上電復位電路使MAX1265/MAX1267在外部時鐘模式下激活，并將INT置高。電源穩定后，內部復位時間為10μs，在此期間不應嘗試進行轉換。使用內部參考時，VREF穩定需要500μs。

內部和外部參考

MAX1265/MAX1267可使用內部或外部參考電壓。外部參考可直接連接到REF或REFADJ。內部緩沖器為MAX1265和MAX1267在REF處提供 +2.5V電壓，內部微調的 +1.22V參考通過 +2.05V/V增益進行緩沖。

內部參考

使用內部參考時，單極輸入的滿量程范圍為 +2.5V，雙極輸入為 ±1.25V。內部參考緩沖器允許對參考電壓進行小范圍調整（±100mV）。為減少參考噪聲和ADC的開關尖峰，需在REF和GND之間連接一個外部電容（最小4.7μF），并在REFADJ和GND之間連接一個0.01μF電容以進一步降低參考噪聲。

外部參考

外部參考可連接到內部參考緩沖放大器的輸入（REFADJ）或輸出（REF）。使用REFADJ輸入時，無需對外部參考進行緩沖，其輸入阻抗通常為17kΩ。將外部參考應用于REF時，通過將REFADJ連接到VDD禁用內部參考緩沖器。REF處的直流輸入電阻為25kΩ，因此外部參考在轉換期間必須提供高達200μA的直流負載電流，并具有小于10Ω的輸出阻抗。若參考輸出阻抗較高或有噪聲，需在REF引腳附近使用4.7μF電容進行旁路。

斷電模式

為節省功率，可在轉換之間將轉換器置于低電流關機狀態。通過控制字節的D6和D7位選擇待機模式或關機模式。在兩種軟件斷電模式下，并行接口保持活動，但ADC不進行轉換。

待機模式

待機模式下，電源電流通常為850μA。在下一個WR上升沿，器件上電并準備進行轉換。這種快速啟動時間可顯著降低低于265ksps轉換率時的功耗。

關機模式

關機模式關閉所有消耗靜態電流的芯片功能，當前轉換完成后，典型電源電流立即降至2μA。WR上升沿使MAX1265/MAX1267退出關機模式并恢復正常操作。使用4.7μF參考旁路電容時，上電后需50μs才能實現全12位精度。在待機模式下等待50μs，而不是在全功率模式下，可將功耗降低3倍以上。使用外部參考時，上電后僅需50μs。通過執行一個指定待機模式的控制字節的虛擬轉換進入待機模式。需注意，REF和GND之間大于4.7μF的旁路電容會導致更長的上電延遲。

傳遞函數

單極和雙極模式下有不同的滿量程電壓范圍。輸出編碼為二進制，1 LSB = (VREF / 4096)。代碼轉換發生在連續整數LSB值的中間。

最大采樣率/實現300ksps

在最大時鐘頻率4.8MHz下，每18個時鐘周期完成一次轉換，可實現265ksps的指定吞吐量。通過先寫入控制字節開始下一次轉換的采集周期，然后從總線上讀取上一次轉換的結果，可實現高達300ksps的更高吞吐量。但在采集或轉換期間數據總線的切換可能會導致額外的電源噪聲，從而難以實現真正的12位性能。

布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC）。不建議使用繞線配置，因為布局應確保模擬和數字走線的正確分離。避免模擬和數字線相互平行，不要在ADC封裝下方布局數字信號路徑。使用單獨的模擬和數字PC板接地部分，僅通過一個星點連接兩個接地系統（模擬和數字）。為實現最低噪聲操作，確保返回星型接地電源的接地阻抗低且盡可能短。將數字信號遠離敏感的模擬和參考輸入。

電源VDD中的高頻噪聲可能會影響ADC快速比較器的操作。在VDD和星型接地之間使用兩個并聯電容（0.1μF和4.7μF）進行旁路，電容應盡可能靠近MAX1265/MAX1267的電源引腳。為獲得最佳電源噪聲抑制效果，應盡量減小電容引線長度，若電源噪聲極大，可添加一個衰減電阻（5Ω）。

總結

MAX1265和MAX1267以其高精度、低功耗、靈活的輸入配置和高速性能，成為電池供電和數據采集應用以及對功耗和空間要求苛刻的其他電路的理想選擇。通過合理的設計和布局，能夠充分發揮其優勢，為電子工程師提供可靠的模擬 - 數字轉換解決方案。在實際應用中，你是否遇到過類似ADC的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。