MAX113/MAX117：高性能3V 8位ADC的技術解析與應用指南

作為電子工程師，在設計項目中，選擇一款合適的模數轉換器（ADC）至關重要。今天，我們就來深入探討MAXIM推出的兩款優秀ADC——MAX113和MAX117，它們具備+3V供電、400ksps采樣率、4/8通道以及低至1μA的功耗等特性，適用于多種應用場景。

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一、產品概述

MAX113和MAX117是與微處理器兼容的8位ADC，分別擁有4通道和8通道。它們采用單+3V電源供電，運用半閃存技術，實現了1.8μs的轉換時間（400ksps）。通過PWRDN引腳，可將電流消耗降至典型的1μA，且能在小于900ns的時間內從掉電模式恢復到正常工作模式，非常適合突發模式應用。兩款轉換器都集成了跟蹤/保持電路，能夠對快速模擬信號進行數字化處理。

二、產品特性

2.1 電源與通道

• 單電源供電：支持+3.0V至+3.6V的單電源操作，簡化了電源設計。
• 多通道選擇：MAX113有4個模擬輸入通道，MAX117則有8個，可滿足不同的應用需求。

2.2 低功耗特性

• 工作模式：電流消耗為1.5mA。
• 掉電模式：電流可低至1μA，有效延長電池供電設備的續航時間。

2.3 高精度性能

• 總未調整誤差：≤1 LSB，保證了轉換的準確性。
• 無漏碼設計：確保數據的完整性。

2.4 快速轉換

每個通道的轉換時間僅為1.8μs，能夠快速完成模擬信號到數字信號的轉換。

2.5 其他特性

• 無需外部時鐘：內部集成的時鐘電路減少了外部元件的使用。
• 內部跟蹤/保持：方便處理快速變化的模擬信號。
• 比例參考輸入：支持比例式操作，提高了測量的靈活性。

三、應用領域

3.1 電池供電系統

低功耗特性使得MAX113/MAX117非常適合電池供電的便攜式設備，如手持儀表、可穿戴設備等，能夠有效延長電池的使用時間。

3.2 系統健康監測

在工業控制系統、醫療設備等領域，可用于實時監測系統的各種參數，確保系統的正常運行。

3.3 通信系統

在數據采集和傳輸過程中，能夠快速準確地將模擬信號轉換為數字信號，保證通信的穩定性和可靠性。

3.4 遠程數據采集

可用于遠程監測和數據采集系統，如環境監測、氣象站等，實現對遠程數據的實時采集和傳輸。

四、電氣特性

4.1 精度指標

• 分辨率：8位，能夠提供較為精確的數字輸出。
• 總未調整誤差：±1 LSB，保證了轉換的準確性。
• 微分非線性：±1 LSB，確保了數據的線性度。

4.2 動態性能

• 信噪失真比（SINAD）：在不同的采樣頻率和輸入頻率下，SINAD可達45dB，保證了信號的質量。
• 總諧波失真（THD）：在特定條件下，THD可達 -50dB，減少了諧波對信號的影響。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：可達50dB，提高了信號的純凈度。

4.3 輸入特性

• 輸入電壓范圍：VREF - 至VREF +，可根據參考電壓進行調整。
• 輸入泄漏電流：±3μA，對輸入信號的影響較小。
• 輸入電容：32pF，適用于大多數應用場景。

4.4 參考輸入特性

• 參考電阻：1 - 4kΩ，可根據實際需求進行選擇。
• 參考輸入電壓范圍：REF - 至VDD，提供了靈活的參考電壓設置。

4.5 邏輯輸入輸出特性

• 輸入高電壓：2 - 2.4V，確保邏輯信號的正確識別。
• 輸入低電壓：0.66 - 0.8V，保證邏輯信號的穩定傳輸。
• 輸出低電壓：在不同的負載電流下，輸出低電壓可控制在0.1 - 0.4V之間。
• 輸出高電壓：接近VDD，確保輸出信號的強度。

4.6 電源要求

• 電源電壓：3.0 - 3.6V，滿足單電源供電的需求。
• 電源電流：在不同的工作模式和電源電壓下，電源電流有所不同，掉電模式下電流可低至1 - 10μA。
• 電源抑制比：±1/16 - ±1/4 LSB，有效減少電源波動對轉換結果的影響。

五、時序特性

5.1 轉換時間

在不同的模式下，轉換時間有所不同。例如，在WR - RD模式下，轉換時間為1.8 - 2.4μs；在RD模式下，轉換時間為2.0 - 2.6μs。

5.2 上電時間

上電時間為0.9 - 1.4μs，能夠快速恢復到正常工作狀態。

5.3 其他時序參數

還包括CS到RD、WR的建立時間和保持時間、CS到RDY的延遲時間、數據訪問時間、RD到INT的延遲時間等，這些參數對于確保ADC的正常工作至關重要。

六、詳細工作原理

6.1 轉換操作

MAX113/MAX117采用半閃存轉換技術，通過兩個4位閃存ADC部分實現8位的轉換結果。首先，15個比較器將未知輸入電壓與參考梯級進行比較，得到高4位數據。然后，內部數模轉換器（DAC）利用這4位數據生成模擬結果和殘差電壓，再將殘差與比較器進行比較，得到低4位數據。

6.2 掉電模式

在突發模式或低采樣率應用中，可通過PWRDN引腳將設備關閉，將電源電流降至微安級別。當PWRDN引腳為高電平時，設備喚醒，進入跟蹤模式，900ns后可開始新的轉換。

6.3 數字接口

MAX113/MAX117有兩種基本接口模式，由MODE引腳設置。

• 讀模式（MODE = 0）：轉換和數據訪問由RD輸入控制，WR/RDY作為狀態輸出，INT在轉換結束時變為低電平。
• 寫 - 讀模式（MODE = 1）：轉換由WR的下降沿啟動，INT在轉換結束時變為低電平，數據可在RD變為低電平時訪問。還可通過內部延遲、提前讀取和流水線操作等方式讀取數據。

七、模擬考慮因素

7.1 參考連接

REF +和REF -的電壓設置了ADC的模擬輸入范圍。可采用電源作為參考、外部參考或輸入不參考GND等不同的參考連接方式。在掉電時，可使用N溝道MOSFET斷開參考電流路徑。

7.2 初始上電

首次上電時，需進行一次轉換以初始化MAX113/MAX117，并忽略輸出數據。

7.3 旁路電容

使用4.7μF電解電容和0.1μF陶瓷電容并聯，將VDD旁路到GND，并最小化電容引線長度。同時，使用0.1μF電容旁路參考輸入。

7.4 模擬輸入

輸入可建模為等效RC網絡，典型的32pF輸入電容允許源電阻高達1.5kΩ。內部保護二極管可防止輸入引腳在GND - 0.3V至VDD + 0.3V范圍內損壞，但為了保證準確轉換，輸入電壓不應超過VDD 50mV或低于GND 50mV。

7.5 跟蹤/保持

轉換開始時，跟蹤/保持進入保持模式；轉換結束時，INT變為低電平，跟蹤/保持進入跟蹤模式。下一次轉換需在最小采集時間tACQ后開始。

7.6 轉換率

在寫 - 讀模式（tRD < tINTL）下，MAX113/MAX117可實現最大采樣率，計算公式為： [f{MAX }=frac{1}{t{WR}+t{RD}+t{R I}+t_{A C Q}}]

7.7 信號質量指標

• 信噪失真比（SINAD）：反映了輸入信號的質量。
• 有效位數：可通過SINAD計算得到。
• 總諧波失真（THD）：衡量了輸入信號的諧波含量。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：體現了信號的純凈度。

八、訂購信息

MAX113和MAX117提供多種封裝和溫度范圍選擇，如24引腳DIP、SSOP，28引腳DIP、SSOP等，可根據實際需求進行選擇。

總之，MAX113/MAX117是兩款性能優異的ADC，具有低功耗、高精度、快速轉換等特點，適用于多種應用場景。在實際設計中，電子工程師可根據具體需求合理選擇和使用這兩款產品，以實現最佳的系統性能。你在使用這類ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。