MAX192：低功耗8通道串行10位ADC的卓越性能與應(yīng)用

一、引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）作為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心器件，其性能直接影響著整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天我們要介紹的MAX192，就是一款具有出色性能的低功耗8通道串行10位ADC，它在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX192是一款低成本的10位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了8通道多路復(fù)用器、高帶寬跟蹤/保持電路和串行接口。它具有高轉(zhuǎn)換速度和超低功耗的特點，采用單 +5V 電源供電。模擬輸入可通過軟件配置為單端和差分（單極性/雙極性）操作模式。

2.2 接口優(yōu)勢

其4線串行接口可直接連接SPI?、QSPI?和Microwire?設(shè)備，無需外部邏輯。串行選通輸出允許直接連接TMS320系列數(shù)字信號處理器。使用內(nèi)部時鐘時，串行接口的工作頻率可超過4MHz。

2.3 參考電壓

MAX192擁有內(nèi)部4.096V參考電壓，典型漂移為±30ppm。參考緩沖放大器簡化了增益調(diào)整，兩個亞LSB可減少量化誤差。

2.4 電源管理

提供硬連線SHDN引腳和兩種軟件可選的掉電模式。訪問串行接口會自動喚醒設(shè)備，快速開啟時間允許在轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉設(shè)備，在降低采樣率時，電源電流可降至10μA以下。

2.5 封裝形式

提供20引腳DIP、SO和SSOP封裝，其中SSOP封裝比8引腳DIP占用面積小30%。數(shù)據(jù)格式與MAX186/MAX188硬件和軟件兼容。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

3.1 直流精度

• 分辨率：10位，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的精度需求。
• 相對精度：MAX192A為±1/2 LSB，MAX192B為±1 LSB。
• 差分非線性：無缺失碼，最大±1 LSB。
• 偏移誤差：最大±2 LSB。
• 增益誤差：外部參考4.096V時，最大±2 LSB。
• 增益溫度系數(shù)：外部參考4.096V時，典型±0.8 ppm/°C。
• 通道間偏移匹配：最大±0.1 LSB。

3.2 動態(tài)特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型66 dB。
• 總諧波失真（THD）：最大 -70 dB。
• 無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：典型70 dB。
• 通道間串?dāng)_：65kHz，VIN = 4.096Vp - p時，最大 -75 dB。
• 小信號帶寬： -3dB滾降時，典型4.5 MHz。
• 滿功率帶寬：典型800 kHz。

3.3 轉(zhuǎn)換速率

• 轉(zhuǎn)換時間：內(nèi)部時鐘時，5.5 - 10 μs；外部時鐘2MHz，12個時鐘/轉(zhuǎn)換時，為6 μs。
• 跟蹤/保持采集時間：典型1.5 μs。
• 孔徑延遲：典型10 ns。
• 孔徑抖動：典型 <50 ps。
• 內(nèi)部時鐘頻率：典型1.7 MHz。

3.4 其他參數(shù)

• 外部時鐘頻率：外部補償4.7μF時，0.1 - 2.0 MHz；內(nèi)部補償時，0.1 - 0.4 MHz；僅用于數(shù)據(jù)傳輸時，為10 MHz。
• 模擬輸入電壓：共模范圍為0 - VDD，單端范圍（單極性）為0 - VREF。
• 多路復(fù)用器泄漏電流：最大±1 μA。
• 輸入電容：典型16 pF。

四、工作原理

4.1 轉(zhuǎn)換技術(shù)

MAX192采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字輸出。其靈活的串行接口便于與微處理器連接，無需外部保持電容。

4.2 偽差分輸入

在單端模式下，IN+ 內(nèi)部切換到CH0 - CH7，IN - 切換到AGND；在差分模式下，IN+ 和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7對中選擇。在差分模式下，只有IN+ 的信號被采樣，IN - 必須在轉(zhuǎn)換期間相對于AGND保持穩(wěn)定在±0.5LSB（最佳結(jié)果為±0.1LSB），可通過連接0.1μF電容到AGND來實現(xiàn)。

4.3 跟蹤/保持

T/H在8位控制字的第5位移入后的下降時鐘沿進入跟蹤模式，在第8位移入后的下降時鐘沿進入保持模式。跟蹤/保持采集時間取決于輸入電容的充電速度，計算公式為 (t{AZ} = 9(R{S} + R{IN})16 pF)，其中 (R{IN} = 5 kΩ)，(R{S}) 為輸入信號的源阻抗，且 (t{AZ}) 不小于1.5μs。

4.4 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有4.5MHz的小信號帶寬，可使用欠采樣技術(shù)對高速瞬態(tài)事件進行數(shù)字化，并測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號。為避免高頻信號混疊，建議使用抗混疊濾波。

4.5 模擬輸入范圍和輸入保護

內(nèi)部保護二極管將模擬輸入鉗位到VDD和AGND，允許通道輸入引腳在AGND - 0.3V到VDD + 0.3V之間擺動而不損壞。但為了在滿量程附近進行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不得超過VDD 50mV或低于AGND 50mV。

五、應(yīng)用信息

5.1 應(yīng)用領(lǐng)域

MAX192廣泛應(yīng)用于汽車、筆輸入系統(tǒng)、消費電子、便攜式數(shù)據(jù)記錄、機器人、電池供電儀器、電池管理和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

5.2 啟動轉(zhuǎn)換

通過將控制字節(jié)時鐘輸入到DIN來啟動轉(zhuǎn)換。CS低電平時，SCLK的每個上升沿將一位從DIN時鐘輸入到MAX192的內(nèi)部移位寄存器。CS下降后，第一個到達(dá)的邏輯“1”位定義控制字節(jié)的MSB。

5.3 數(shù)字輸出

單極性輸入模式下，輸出為直接二進制；差分模式下的雙極性輸入，輸出為二進制補碼。數(shù)據(jù)以MSB優(yōu)先格式在SCLK的下降沿時鐘輸出。

5.4 時鐘模式

• 外部時鐘模式：外部時鐘不僅用于數(shù)據(jù)移位，還驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟。SSTRB在控制字節(jié)的最后一位后脈沖高電平一個時鐘周期。
• 內(nèi)部時鐘模式：MAX192內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時鐘，釋放微處理器運行SAR轉(zhuǎn)換時鐘的負(fù)擔(dān)，允許以0 - 10MHz的時鐘速率讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5.5 電源管理

• 軟件掉電：通過控制字節(jié)的PD1和PD0位激活，ADC在轉(zhuǎn)換完成后進入低靜態(tài)電流狀態(tài)。
• 硬件掉電：SHDN引腳將轉(zhuǎn)換器置于完全掉電模式，轉(zhuǎn)換立即停止。

5.6 參考電壓

可使用內(nèi)部或外部參考電壓。內(nèi)部參考電壓的滿量程范圍為4.096V（單極性輸入）和±2.048V（差分雙極性輸入），可通過參考調(diào)整電路進行±1.5%的調(diào)整。外部參考可連接到VREF或REFADJ引腳。

5.7 布局和接地

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，確保數(shù)字和模擬信號線相互分離。建立單點模擬接地（“星”形接地點），并使用旁路電容減少電源噪聲。

5.8 高速數(shù)字接口

MAX192可通過QSPI接口實現(xiàn)高吞吐量，還可與TMS320數(shù)字信號處理器接口，文中給出了具體的接口電路和操作步驟。

六、總結(jié)

MAX192作為一款低功耗、高性能的8通道串行10位ADC，憑借其豐富的功能和出色的性能，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計相關(guān)系統(tǒng)時，可以充分利用MAX192的特點，實現(xiàn)高精度、低功耗的模擬信號采集和處理。你在使用MAX192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。