MAX114/MAX118：高性能8位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）的性能直接影響著整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天，我們就來深入了解一下MAXIM公司的MAX114/MAX118這兩款具有獨特優(yōu)勢的8位ADC。

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一、產(chǎn)品概述

MAX114和MAX118是與微處理器兼容的8位ADC，分別具備4通道和8通道的模擬輸入能力。它們采用單+5V電源供電，運用半閃存技術(shù)實現(xiàn)了660ns的轉(zhuǎn)換時間，達(dá)到1Msps的采樣速率。同時，通過PWRDN引腳，可將電流消耗降至低至1μA，在突發(fā)模式應(yīng)用中能大幅降低功耗。這兩款A(yù)DC還內(nèi)置了跟蹤/保持電路，能夠?qū)焖倌M信號進(jìn)行數(shù)字化處理。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 高速DSP

在高速數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，需要快速準(zhǔn)確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，MAX114/MAX118的高速轉(zhuǎn)換能力和多通道特性能夠滿足其對數(shù)據(jù)采集的需求。

2. 便攜式設(shè)備

對于便攜式設(shè)備而言，低功耗是至關(guān)重要的。MAX114/MAX118的低功耗特性可以有效延長設(shè)備的電池續(xù)航時間，同時其小封裝形式也適合便攜式設(shè)備的空間要求。

3. 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，需要對多個模擬信號進(jìn)行采集和傳輸。MAX114/MAX118的多通道功能可以同時采集多個信號，并且其低功耗特性適合在遠(yuǎn)程環(huán)境中使用。

4. 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)對信號的處理速度和精度要求較高，MAX114/MAX118的高速轉(zhuǎn)換和高精度特性能夠滿足通信系統(tǒng)對信號采集和處理的需求。

三、產(chǎn)品特性

1. 電源與通道

• 單+5V電源：簡化了電源設(shè)計，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
• 多通道選擇：MAX114提供4個模擬輸入通道，MAX118提供8個模擬輸入通道，可滿足不同應(yīng)用場景的需求。

  2. 低功耗

• 工作模式：功耗僅為40mW。
• 掉電模式：功耗低至5μW，大大降低了系統(tǒng)的整體功耗。

  3. 高精度

• 總未調(diào)整誤差：≤1LSB，保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 無丟失碼：確保了數(shù)據(jù)的完整性。

  4. 快速轉(zhuǎn)換

  每個通道的轉(zhuǎn)換時間僅為660ns，能夠快速完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。

  5. 無需外部時鐘

  內(nèi)部集成了時鐘電路，減少了外部元件的使用，降低了成本和設(shè)計復(fù)雜度。

  6. 內(nèi)部跟蹤/保持

  能夠?qū)焖僮兓哪M信號進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤和保持，提高了轉(zhuǎn)換的精度。

  7. 高帶寬

  具有1MHz的全功率帶寬，能夠處理高頻信號。

  8. 內(nèi)部參考監(jiān)測

  MAX118內(nèi)部連接的第8通道可用于監(jiān)測參考電壓，方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。

四、電氣特性

1. 精度指標(biāo)

• 分辨率：8位，能夠提供足夠的精度來滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 總未調(diào)整誤差：±1LSB，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 差分非線性：±1LSB，確保了相鄰代碼之間的線性度。
• 零碼誤差：±1LSB，保證了零輸入時的輸出準(zhǔn)確性。
• 滿量程誤差：±1LSB，確保了滿量程輸入時的輸出準(zhǔn)確性。
• 通道間失配：±1/4LSB，保證了不同通道之間的一致性。

  2. 動態(tài)性能

• 信噪失真比（SINAD）：在特定條件下可達(dá)45dB，能夠有效抑制噪聲和失真。
• 總諧波失真（THD）：在特定條件下為 -50dB，保證了信號的純凈度。
• 無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：在特定條件下為50dB，能夠有效抑制雜散信號。

  3. 模擬輸入

• 輸入電壓范圍：VREF - 到VREF +，可根據(jù)參考電壓靈活調(diào)整輸入范圍。
• 輸入泄漏電流：±3μA，保證了輸入信號的穩(wěn)定性。
• 輸入電容：32pF，對輸入信號的影響較小。

  4. 參考輸入

• 參考電阻：2 - 4kΩ，可根據(jù)需要選擇合適的參考電阻。
• REF + 輸入電壓范圍：VREF - 到VDD，保證了參考電壓的穩(wěn)定性。
• REF - 輸入電壓范圍：GND到VREF +，可根據(jù)需要調(diào)整參考電壓的下限。

  5. 邏輯輸入輸出

• 輸入高電壓：2.4 - 3.5V，保證了邏輯輸入的可靠性。
• 輸入低電壓：0.8 - 1.5V，保證了邏輯輸入的可靠性。
• 輸入高電流：±3μA，對輸入信號的影響較小。
• 輸入低電流：±1μA，對輸入信號的影響較小。
• 輸入電容：5 - 8pF，對輸入信號的影響較小。
• 輸出低電壓：0.4V，保證了邏輯輸出的可靠性。
• 輸出高電壓：根據(jù)負(fù)載情況而定，保證了邏輯輸出的可靠性。
• 三態(tài)電流：±3μA，對輸出信號的影響較小。
• 三態(tài)電容：5 - 8pF，對輸出信號的影響較小。

  6. 電源要求

• 電源電壓：4.75 - 5.25V，保證了電源的穩(wěn)定性。
• 電源電流：在不同工作模式下有所不同，可根據(jù)實際需求進(jìn)行選擇。
• 電源抑制比：±1/16 - ±1/4LSB，能夠有效抑制電源噪聲。

五、時序特性

1. 轉(zhuǎn)換時間

在不同模式下，轉(zhuǎn)換時間有所不同。例如，在WR - RD模式下，轉(zhuǎn)換時間為660ns；在RD模式下，轉(zhuǎn)換時間為700ns。

2. 上電時間

上電時間為320 - 520ns，能夠快速啟動設(shè)備。

3. 其他時序參數(shù)

包括CS到RD、WR的建立時間和保持時間，CS到RDY的延遲時間，RD到INT的延遲時間等，這些參數(shù)對于保證系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。

六、引腳描述

MAX114和MAX118的引腳功能豐富，涵蓋了模擬輸入、數(shù)字輸出、控制信號等多個方面。例如，INx引腳用于模擬輸入，D0 - D7引腳用于數(shù)字輸出，MODE引腳用于模式選擇，PWRDN引腳用于電源控制等。通過合理配置這些引腳，可以實現(xiàn)不同的功能和應(yīng)用。

七、詳細(xì)工作原理

1. 轉(zhuǎn)換操作

MAX114/MAX118采用半閃存轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過兩個4位閃存ADC部分實現(xiàn)8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。首先，通過15個比較器將未知輸入電壓與參考梯形進(jìn)行比較，得到高4位數(shù)據(jù)。然后，內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）利用這4位最高有效位（MSBs）生成第一次閃存轉(zhuǎn)換的模擬結(jié)果和殘差電壓，再將殘差與閃存比較器再次比較，得到低4位數(shù)據(jù)（LSBs）。

2. 掉電模式

在突發(fā)模式或低采樣率應(yīng)用中，可通過將PWRDN引腳置為低電平，將設(shè)備關(guān)閉，使電源電流降至微安級別。當(dāng)PWRDN引腳置為高電平時，設(shè)備喚醒，所選模擬輸入進(jìn)入跟蹤模式，360ns后信號完全采集，可開始新的轉(zhuǎn)換。

3. 數(shù)字接口

MAX114/MAX118具有兩種基本接口模式，由MODE引腳設(shè)置。當(dāng)MODE為低電平時，為讀模式；當(dāng)MODE為高電平時，為寫 - 讀模式。通過A0、A1和A2輸入控制通道選擇。

• 讀模式（MODE = 0）：轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)訪問由RD輸入控制。比較器輸入在tACQ期間跟蹤模擬輸入電壓，通過將CS和RD置為低電平啟動轉(zhuǎn)換，微處理器等待輸出數(shù)據(jù)出現(xiàn)后讀取數(shù)據(jù)。
• 寫 - 讀模式（MODE = 1）：轉(zhuǎn)換由WR的下降沿啟動，WR返回高電平時，4位MSB閃存的結(jié)果鎖存到輸出緩沖區(qū)，4位LSB閃存的轉(zhuǎn)換開始。INT變低表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，RD變低后可訪問數(shù)據(jù)。
• 流水線操作：通過將WR連接到RD，可實現(xiàn)流水線操作。在CS為低電平時，驅(qū)動WR和RD低電平可啟動轉(zhuǎn)換并同時讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

八、模擬考慮

1. 參考連接

REF + 和REF - 的電壓設(shè)置了ADC的模擬輸入范圍。REF - 定義產(chǎn)生全零輸出代碼的輸入，REF + 定義產(chǎn)生全一輸出代碼的輸入。可采用不同的參考連接方式，如電源作為參考、外部參考等。

2. 初始上電

首次上電時，進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換以初始化MAX114/MAX118，并忽略輸出數(shù)據(jù)。

3. 旁路電容

使用4.7μF電解電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)將VDD旁路到GND，并盡量減小電容引腳長度。同時，使用0.1μF電容旁路參考輸入。

4. 模擬輸入

MAX114/MAX118輸入的等效電路在轉(zhuǎn)換開始且WR為低電平時，VIN_連接到16個0.6pF電容，還需對約22pF的雜散電容充電。典型32pF的輸入電容允許源電阻高達(dá)800Ω而無設(shè)置問題，對于更大的電阻，需增加采集時間（tACQ）。

5. 跟蹤/保持

轉(zhuǎn)換開始（RD或WR為低電平）時，跟蹤/保持進(jìn)入保持模式；轉(zhuǎn)換結(jié)束INT變低時，進(jìn)入跟蹤模式。下一次轉(zhuǎn)換需在最小采集時間tACQ后開始。

6. 傳輸函數(shù)

MAX114/MAX118的標(biāo)稱傳輸函數(shù)中，代碼轉(zhuǎn)換發(fā)生在連續(xù)整數(shù)LSB值的中間，輸出編碼為二進(jìn)制，1LSB = (VREF + - VREF - ) / 256。

7. 轉(zhuǎn)換速率

在寫 - 讀模式（tRD < tINTL）下可實現(xiàn)最大采樣速率，計算公式為 (f{MAX}=frac{1}{t{WR}+t{RD}+t{RI}+t{ACQ}}) ，經(jīng)計算可得 (f{MAX}=1.23MHz) 。

九、性能指標(biāo)分析

1. 信噪失真比和有效位數(shù)

信噪失真比（SINAD）是輸入信號基頻的RMS幅度與所有其他ADC輸出信號的比值。理論上，ADC的最小模擬 - 數(shù)字噪聲由量化誤差引起，8位ADC的理論最大SNR為50dB。可通過公式 (N=(SINAD - 1.76) / 6.02) 計算ADC的有效分辨率。

2. 總諧波失真

總諧波失真（THD）是輸入信號所有諧波的RMS和與基頻本身的比值，計算公式為 (THD = 20 logleft[frac{sqrt{V{2}^{2}+V{3}^{2}+V{4}^{2}+... V{N}^{2}}}{V_{1}}right]) 。

3. 無雜散動態(tài)范圍

無雜散動態(tài)范圍（SFDR）是基頻RMS幅度與下一個最大頻譜分量的幅度之比，通常下一個最大頻譜分量出現(xiàn)在輸入頻率的某個諧波處。

十、訂購信息

MAX114和MAX118提供多種溫度范圍和引腳封裝選擇，用戶可根據(jù)實際需求進(jìn)行選擇。例如，MAX114CNG適用于0°C到 +70°C的溫度范圍，采用24引腳窄塑料DIP封裝；MAX118EPI適用于 -40°C到 +85°C的溫度范圍，采用28引腳SSOP封裝。

綜上所述，MAX114/MAX118以其高速、低功耗、高精度等優(yōu)勢，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計過程中，可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用這兩款A(yù)DC，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和可靠性。你在使用MAX114/MAX118的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。