MAX1080/MAX1081：高性能10位ADC的深度解析

在電子設計領域，模擬 - 數字轉換器（ADC）是連接模擬世界和數字世界的關鍵橋梁。今天，我們就來深入探討MAXIM公司的兩款優秀ADC產品——MAX1080和MAX1081。

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產品概述

MAX1080/MAX1081是10位的ADC，它們將8通道模擬輸入多路復用器、高帶寬跟蹤/保持（T/H）電路以及串行接口集成在一起，具備高轉換速度和低功耗的特點。MAX1080工作在+4.5V至+5.5V的單電源下，而MAX1081則工作在+2.7V至+3.6V的單電源下。這兩款器件的模擬輸入都可以通過軟件配置為單極性/雙極性以及單端/偽差分操作模式。

產品特性

輸入通道與架構

• 8通道單端或4通道偽差分輸入：提供了豐富的輸入選擇，能夠滿足不同的應用需求。內部集成了多路復用器和跟蹤/保持電路，使得信號的采集更加高效。

  電源與參考

• 單電源操作：不同的電源范圍適應了更多的應用場景。
• 內部+2.5V參考：為轉換提供了穩定的參考電壓，并且參考緩沖放大器具有±1.5%的電壓調整范圍，也可以使用1V至VDD1范圍的外部參考。

  采樣率與功耗

• 高采樣率：MAX1080可達400ksps，能夠快速采集信號。
• 低功耗：在不同的工作模式下，功耗表現優秀。例如，在400ksps采樣率下為2.5mA，在降低功耗模式（REDP）下為1.3mA，快速掉電模式（FASTPD）下為0.9mA，全掉電模式（FULLPD）下僅為2μA。

  接口與配置

• 4線串行接口：與SPI?/QSPI?和MICROWIRE?設備直接連接，無需外部邏輯。還可以直接連接到TMS320系列數字信號處理器。
• 軟件可配置輸入：可以根據需要選擇單極性或雙極性輸入。

  封裝形式

  采用20引腳的TSSOP封裝，方便在電路板上進行布局。

電氣特性

MAX1080

在VDD1 = VDD2 = +4.5V至+5.5V的條件下，分辨率為10位，相對精度（INL）根據型號不同為±0.5 LSB（MAX1080A）或±1.0 LSB（MAX1080B），微分非線性（DNL）為±1.0 LSB，偏移誤差為±3.0 LSB，增益誤差為±3.0 LSB。動態指標方面，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）為60 dB，總諧波失真（THD）為 - 70 dB，無雜散動態范圍（SFDR）為70 dB，互調失真（IMD）為76 dB。轉換時間為2.5 μs，跟蹤/保持采集時間為468 ns。

MAX1081

在VDD1 = VDD2 = +2.7V至+3.6V的條件下，分辨率同樣為10位，相對精度（INL）根據型號不同為±0.5 LSB（MAX1081A）或±1.0 LSB（MAX1081B）。動態指標與MAX1080類似，轉換時間為3.3 μs，跟蹤/保持采集時間為625 ns。

工作原理

偽差分輸入

在單端模式下，正輸入（IN+）連接到所選輸入通道，負輸入（IN -）設置為COM；在差分模式下，IN+和IN - 從CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7這些對中選擇。在轉換過程中，只有IN+的信號被采樣，IN - 必須在轉換期間相對于GND保持穩定在±0.5LSB（最佳結果為±0.1LSB）。

跟蹤/保持

T/H電路在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/保持采集時間與輸入信號的源阻抗有關，計算公式為 (t{ACQ}=7 timesleft(R{S}+R{IN}right) × 12 pF)，其中 (R{IN}=800 Omega) ，RS為輸入信號的源阻抗，并且tACQ對于MAX1080不小于468ns，對于MAX1081不小于625ns。

輸入帶寬

MAX1080的輸入跟蹤電路具有6MHz的小信號帶寬，MAX1081為3MHz，因此可以使用欠采樣技術對高速瞬態事件進行數字化，并測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號。為了避免高頻信號混疊到感興趣的頻帶中，建議使用抗混疊濾波。

模擬輸入保護

內部保護二極管將模擬輸入鉗位到VDD1和GND，允許通道輸入引腳在GND - 0.3V至VDD1 + 0.3V范圍內擺動而不會損壞。但為了在滿量程附近進行準確轉換，輸入不得超過VDD1 50mV或低于GND 50mV。

應用信息

啟動轉換

通過將控制字節時鐘輸入到DIN來啟動轉換。在CS為低電平時，SCLK的每個上升沿將DIN的一位時鐘輸入到MAX1080/MAX1081的內部移位寄存器。第一個邏輯“1”位定義控制字節的MSB。

簡單軟件接口

確保CPU的串行接口運行在主模式，選擇合適的時鐘頻率（MAX1080為500kHz至6.4MHz，MAX1081為4.8MHz）。設置控制字節TB1，使用通用I/O線將CS拉低，依次傳輸TB1、兩個全零字節，并接收相應的字節，最后將CS拉高。

電源模式

• 軟件電源關閉：通過控制字節的PD1和PD0位激活，ADC完成當前轉換后進入指定的低靜態電流狀態。
• 硬件電源關閉：將SHDN拉低，轉換立即終止。使用外部參考時，拉高SHDN后2μs內可認為設備完全上電；使用內部參考時，需等待參考穩定。

  參考選擇

• 內部參考：內部緩沖器在REF提供2.5V電壓，內部參考電壓可通過電路調整±100mV。
• 外部參考：可以連接到REF或REFADJ引腳。使用REFADJ輸入時，無需對外部參考進行緩沖；使用REF輸入時，需將REFADJ連接到VDD1以禁用內部緩沖器。

布局與接口

布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，建議使用PC板，避免使用繞線板。電路板布局應確保數字和模擬信號線相互分離，避免模擬和數字（尤其是時鐘）線相互平行，或數字線位于ADC封裝下方。建立單點模擬接地（星形接地點），將所有其他模擬接地連接到該點，數字系統接地僅在該點連接。對VDD1電源進行旁路，使用0.1μF和10μF電容器靠近MAX1080/MAX1081的引腳20連接到星形接地。

高速數字接口

MAX1080/MAX1081可以與QSPI接口，使用特定的電路（ (fSCLK =4.0 MHz) ， (CPOL=0) ， (CPHA=0) ），并且可以對每個通道進行轉換，結果存儲在內存中，減輕CPU負擔。

TMS320LC3x接口

通過特定的步驟可以將MAX1080/MAX1081與TMS320在外部時鐘模式下進行接口，包括配置TMS320的時鐘、驅動CS引腳、寫入控制字、監測SSTRB輸出、讀取轉換結果等。

總結

MAX1080/MAX1081以其高采樣率、低功耗、豐富的輸入通道和靈活的配置等特點，在便攜式數據記錄、數據采集、醫療儀器、電池供電儀器等多個領域具有廣泛的應用前景。電子工程師在設計電路時，可以根據具體的應用需求，充分發揮這兩款ADC的優勢，實現高效、穩定的模擬 - 數字轉換。你在使用類似ADC產品時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。