探索 MAX1272/MAX1273：多功能 12 位 ADC 的卓越性能

在電子工程師的工具箱中，一款合適的模數轉換器（ADC）是實現精準數據采集和處理的關鍵。今天，我們就來深入了解 Maxim 推出的 MAX1272/MAX1273，這兩款具備故障保護和軟件可選輸入范圍的 12 位 ADC，看看它們在各類應用中能帶來怎樣的驚喜。

文件下載：MAX1273.pdf

一、器件概述

MAX1272/MAX1273 是多量程 12 位數據采集系統，采用單 5V 電源供電。它們的獨特之處在于軟件可編程的模擬輸入，能接受多種電壓范圍。對于 MAX1272 有 ±10V、±5V、0 到 10V、0 到 5V；MAX1273 則是 ±VREF、±VREF/2、0 到 VREF、0 到 VREF/2。這種軟件可選的擴展模擬輸入范圍，有效將動態范圍提升至 14 位，還能讓 4 - 20mA 供電傳感器直接與 5V 系統連接，非常方便。而且，MAX1272 還具備 ±12V 的故障保護功能，為系統穩定運行提供了保障。

其他特性也十分出色，例如擁有 5MHz 的跟蹤/保持（T/H）帶寬、87ksps 的吞吐量，并且支持內部（4.096V）或外部（2.40V 到 4.18V）參考電壓。其串行接口能直接連接到 SPI/QSPI?/MICROWIRE? 兼容設備，無需額外的外部邏輯。此外，還有四種軟件可編程的掉電模式，能在轉換之間實現低電流關機，在待機模式下，內部參考緩沖器仍保持活動，避免了啟動延遲。

二、關鍵特性剖析

2.1 輸入范圍靈活選擇

MAX1272 和 MAX1273 都提供四種軟件可選的輸入范圍，這使得工程師可以根據不同的應用需求進行靈活配置。比如在工業控制中，可能需要測量不同范圍的電壓信號，通過簡單的軟件設置就可以滿足多樣化的測量需求。

2.2 高分辨率與高精度

12 位的分辨率，保證了沒有丟失碼，能提供精準的數字輸出。同時，積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）指標表現優秀，在不同的輸入范圍內都能保持較低的誤差。

2.3 低功耗設計

在不同的采樣率下，其功耗表現都非常出色。例如在 87ksps 時為 1.5mA，10ksps 時為 0.4mA，1ksps 時僅為 0.2mA。而且四種掉電模式進一步降低了系統的整體功耗，適合電池供電等對功耗要求較高的應用場景。

2.4 強大的接口兼容性

SPI/QSPI/MICROWIRE 兼容的 3 線接口，方便與各種微控制器和其他數字設備進行連接，簡化了系統設計。

三、電氣特性詳解

3.1 精度參數

分辨率為 12 位，在整個溫度范圍內都能保證穩定的性能。積分非線性（INL）最大為 ±1.0 LSB，差分非線性（DNL）最大為 ±1.00 LSB，且無丟失碼，確保了轉換的準確性。

3.2 動態特性

信號 - 噪聲 + 失真比（SINAD）可達 72dB，總諧波失真（THD）低至 -87dB，無雜散動態范圍（SFDR）高達 88dB，這些指標表明在處理動態信號時，能夠有效減少噪聲和失真，提供高質量的數字輸出。

3.3 輸入特性

模擬輸入的小信號帶寬會根據所選的輸入范圍有所不同，從 1.25MHz 到 5MHz 不等。輸入電流和電容等參數也在合理范圍內，確保了對不同信號源的良好適應性。

3.4 電源特性

電源電壓范圍為 4.75V 到 5.25V，在不同的工作模式下，供電電流也有所不同。例如在內部參考模式下轉換時，雙極性為 2.2 - 3.5mA，單極性為 1.8 - 2.5mA。同時，電源抑制比（PSRR）指標也能保證在電源波動時，ADC 的性能不受太大影響。

四、工作原理與操作要點

4.1 轉換操作

MAX1272/MAX1273 采用逐次逼近和內部跟蹤/保持（T/H）電路將模擬信號轉換為 12 位數字輸出。T/H 跟蹤/采集模式在 8 位輸入控制字的第四個時鐘周期下降沿開始，在第八個時鐘周期下降沿進入保持/轉換模式。

4.2 輸入范圍設置

通過設置控制字節中的 RNG 和 BIP 位，可以將模擬輸入編程為四種范圍之一。不同的設置對應不同的負滿量程、零量程和正滿量程，具體可參考相關表格。

4.3 輸入數據格式

輸入數據（控制字節）在 SCLK 的上升沿從 DIN 輸入，CS 用于啟用與 MAX1272/MAX1273 的通信。第一個到達的 1 代表輸入控制字節的起始位，明確起始位的條件對于正確啟動轉換至關重要。

4.4 輸出數據格式

輸出數據（DOUT）在 SCLK 的下降沿以 MSB 優先的方式輸出。單極性模式提供直接二進制輸出，雙極性模式提供二進制補碼輸出。

4.5 啟動轉換

每次轉換需要一個控制字節，編程控制字節的第四位啟動采集序列，轉換在起始位后的第八個時鐘周期下降沿開始。在連續轉換過程中，要保持 CS 為低電平，以確保轉換的連續性。

五、應用信息與注意事項

5.1 上電復位

MAX1272/MAX1273 上電后處于正常工作模式和外部參考模式，需要一個起始位來啟動轉換，并且輸出數據寄存器的內容在上電時會被清除。

5.2 參考電壓選擇

可以選擇內部或外部參考電壓。內部參考提供 4.096V 的輸出，需要用 1.0μF 的電容旁路到地。使用外部參考時，要將 8 位控制字中的 REF 位設置為 0，并且外部參考電壓范圍為 2.40V 到 4.18V。

5.3 掉電模式

四種可編程的掉電模式可以根據實際需求進行選擇，以節省功耗。在不同的掉電模式下，接口仍然保持活動，轉換結果可以在 DOUT 輸出，同時輸入過壓保護（MAX1272）也始終有效。

5.4 數字接口

具有完全兼容的 SPI/QSPI 和 MICROWIRE 串行接口，使用時需要根據具體的接口類型進行相應的配置。例如在 SPI 和 QSPI 接口中，要清除微控制器的 SPI 控制寄存器中的 CPOL 和 CPHA。

5.5 布局與布線

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC 板），并確保模擬和數字走線的適當分離。避免模擬和數字線相互平行，不要在 ADC 封裝下方布置數字信號路徑。同時，要使用單獨的模擬和數字接地部分，并通過一個星型點連接，降低噪聲干擾。

六、總結與展望

MAX1272/MAX1273 以其豐富的特性、出色的性能和靈活的配置，成為了數據采集、工業控制、機器人等眾多領域的理想選擇。對于電子工程師來說，在設計相關系統時，充分利用其軟件可選輸入范圍、低功耗、高精度等特點，能夠提高系統的性能和可靠性。在未來的應用中，隨著技術的不斷發展，相信這類 ADC 會在更多的創新項目中發揮重要作用。你在實際項目中是否使用過類似的 ADC？遇到過哪些問題和挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。