MAX1112/MAX1113：低功耗多通道串行8位ADC的詳細解析

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重要橋梁。MAX1112/MAX1113作為MAXIM推出的+5V低功耗、多通道、串行8位ADC，以其出色的性能和靈活的配置，在眾多應用場景中展現出獨特的優勢。

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一、產品概述

1. 關鍵特性

MAX1112/MAX1113具備內部跟蹤/保持電路、電壓基準、時鐘和串行接口，工作在4.5V至5.5V單電源下。在50ksps采樣率時，功耗僅135μA；在1ksps時，功耗可低至13μA。其中，MAX1112有8通道單端或4通道差分輸入，MAX1113有4通道單端或2通道差分輸入。它們還支持SPI、QSPI、MICROWIRE等串行接口標準，且軟件可配置單極性或雙極性輸入，總未調整誤差最大為±1 LSB（典型值±0.3 LSB）。

2. 應用領域

廣泛應用于便攜式數據記錄、手持測量設備、醫療儀器、系統診斷、太陽能供電遠程系統以及4mA至20mA供電的遠程數據采集系統等領域。

二、電氣特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位，能夠滿足大多數中等精度的應用需求。
• 相對精度：INL最大±0.5 LSB，典型值±0.1 LSB，保證了轉換結果的準確性。
• 差分非線性：DNL最大±1 LSB，確保在整個轉換范圍內無丟碼現象。
• 偏移誤差：最大±1 LSB，典型值±0.3 LSB，減少了零點誤差對測量結果的影響。
• 增益誤差：使用內部或外部基準時，最大±1 LSB。
• 增益溫度系數：使用4.096V外部基準時，典型值±0.8 ppm/°C，保證了在不同溫度環境下的穩定性。

2. 動態特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值49 dB，反映了信號質量和抗干擾能力。
• 總諧波失真（THD）：典型值 -70 dB，有效抑制了諧波干擾。
• 無雜散動態范圍（SFDR）：典型值68 dB，保證了信號的純凈度。
• 通道間串擾：在特定條件下典型值 -75 dB，減少了通道間的相互干擾。
• 小信號帶寬：-3dB滾降時典型值1.5 MHz，可處理高頻信號。
• 全功率帶寬：典型值800 kHz，適用于一定頻率范圍的信號采集。

3. 其他參數

• 轉換時間：內部時鐘時典型值25μs，外部時鐘（500kHz，10個時鐘/轉換周期）時也有相應的時間要求。
• 跟蹤/保持采集時間：外部時鐘2MHz時最小10ns。
• 孔徑抖動：小于50 ps，保證了采樣的準確性。
• 內部時鐘頻率：范圍在400kHz至500kHz。
• 模擬輸入電壓范圍：單端和差分輸入根據不同配置有不同的范圍，同時要注意輸入電壓的限制，避免損壞器件。

三、工作原理

1. 偽差分輸入

在單端模式下，IN+連接到所選輸入通道，IN - 連接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從特定的通道對中選擇。在差分模式中，只有IN+的信號被采樣，IN - 必須在轉換期間相對于AGND保持穩定在±0.5 LSB（最佳結果為±0.1 LSB），必要時可連接0.1μF電容到AGND。

2. 跟蹤/保持

T/H在8位控制字節的第6位移入后的下降沿進入跟蹤模式，第8位移入后的下降沿進入保持模式。根據輸入模式的不同，采樣相應的信號。

3. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有1.5MHz的小信號帶寬，可通過欠采樣技術對高速瞬態事件進行數字化和測量帶寬超過采樣率的周期性信號，但建議使用抗混疊濾波以避免高頻信號混疊。

四、使用方法

1. 啟動轉換

通過將控制字節時鐘輸入到DIN來啟動轉換。CS為低電平時，SCLK的上升沿將DIN的位時鐘輸入到內部移位寄存器。第一個邏輯“1”位定義控制字節的MSB。控制字節的格式決定了轉換模式、通道選擇、時鐘模式和電源模式等。

2. 時鐘模式

• 外部時鐘模式：外部時鐘不僅用于數據的移入和移出，還驅動模數轉換步驟。SSTRB在控制字節的最后一位后脈沖高電平兩個時鐘周期，轉換結果在后續的SCLK下降沿輸出。
• 內部時鐘模式：μP無需運行SAR轉換時鐘，轉換結果可在處理器方便時讀取。SSTRB在轉換開始時變低，轉換完成時變高。

3. 數據幀格式

CS的下降沿不啟動轉換，第一個邏輯高電平輸入到DIN被解釋為起始位，轉換在控制字節的第8位（PD0位）時鐘輸入到DIN后的SCLK下降沿開始。

五、應用注意事項

1. 上電復位

上電時，如果SHDN未拉低，內部上電復位電路使器件在內部時鐘模式下激活。SSTRB在上電時為高電平，CS為低電平時，DIN的第一個邏輯“1”被解釋為起始位。在參考電壓穩定之前，不應進行轉換。

2. 電源管理

• 軟件電源管理：通過控制字節的PD1位激活，轉換完成后進入低靜態電流狀態。第一個邏輯“1”輸入到DIN可喚醒器件。
• 硬線電源管理：拉低SHDN使器件進入硬線掉電狀態，同時控制內部基準的狀態。

3. 參考電壓

• 外部參考：1V至VDD的外部參考應直接連接到REFIN，參考源需具備一定的負載能力和低輸出阻抗。
• 內部參考：將REFIN連接到REFOUT使用內部參考，滿量程范圍根據輸入模式有所不同，且需用1μF電容旁路到AGND。

4. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，避免使用繞線板。數字和模擬信號線應分開，避免平行布線。建立單點模擬接地（星型接地），并使用電容對電源進行旁路，以減少噪聲干擾。

六、選型與訂購

MAX1112/MAX1113提供不同的溫度范圍和封裝選擇，如MAX1112CAP+適用于0°C至+70°C，采用20 SSOP封裝；MAX1113CEE+適用于0°C至+70°C，采用16 QSOP封裝。

MAX1112/MAX1113憑借其低功耗、多通道、靈活配置等優點，為電子工程師在設計模擬 - 數字轉換系統時提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，合理運用其特性和注意事項，能夠充分發揮其性能，滿足各種不同的應用需求。大家在使用過程中，是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區分享交流。