MAX1117/MAX1118/MAX1119：單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC的設計指南

在電子設計領域，模擬到數字的轉換是一個關鍵環節，而ADC（模擬 - 數字轉換器）則是實現這一轉換的核心器件。今天，我們將深入探討MAX1117/MAX1118/MAX1119這三款單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC，了解它們的特性、應用場景以及設計要點。

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一、產品概述

MAX1117/MAX1118/MAX1119是低功耗、8位、雙通道的ADC，具備內部跟蹤/保持（T/H）、電壓參考（MAX1117/MAX1119）、時鐘和串行接口。它們采用8引腳SOT23封裝，尺寸僅為8引腳塑料DIP的11%，非常適合空間受限的應用。

供電范圍

• MAX1117：+2.7V至+3.6V
• MAX1118：+2.7V至+5.5V
• MAX1119：+4.5V至+5.5V

功耗特性

在100ksps的采樣率下，MAX1118僅消耗135μA，而MAX1117和MAX1119則消耗175μA。此外，它們還具備自動關機模式，在不使用時可將電源電流降低至<1μA。

輸入范圍

• MAX1117：內部參考電壓為+2.048V
• MAX1119：內部參考電壓為+4.096V
• MAX1118：外部參考電壓范圍為+1V至VDD

二、應用場景

這些ADC適用于多種應用場景，包括：

• 低功耗手持設備：如智能手機、平板電腦等，其低功耗特性可延長設備的電池續航時間。
• 系統診斷：用于監測系統的各種參數，確保系統的正常運行。
• 電池供電測試設備：在電池供電的測試設備中，低功耗是關鍵要求，MAX1117/MAX1118/MAX1119能夠滿足這一需求。
• 太陽能供電遠程系統：在太陽能供電的遠程系統中，低功耗和小尺寸的特點使得這些ADC成為理想選擇。
• 接收信號強度指示器：用于測量接收信號的強度，為通信系統提供重要的參考信息。
• 4mA至20mA供電遠程數據采集系統：在工業自動化領域，這種供電方式的遠程數據采集系統非常常見，MAX1117/MAX1118/MAX1119能夠穩定地工作在這種環境中。

三、產品特性

1. 單電源供電

不同型號的ADC適用于不同的電源電壓范圍，滿足了多樣化的應用需求。

2. 內部跟蹤/保持

具備100kHz的采樣率，能夠準確地采集模擬信號。

3. 內部參考

不同型號的ADC提供不同的內部參考電壓，方便用戶根據實際需求進行選擇。

4. 串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，可直接連接到微處理器，無需額外的邏輯電路。

5. 小尺寸封裝

8引腳SOT23封裝，節省了電路板空間。

6. 自動掉電功能

在不使用時自動降低功耗，提高了能源效率。

7. 低功耗

在不同的采樣率下，都能保持較低的功耗。

四、電氣特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位
• 相對精度：±1 LSB
• 差分非線性：±1 LSB
• 偏移誤差：±0.5 LSB
• 增益誤差：MAX1118為±1%FSR，MAX1117/MAX1119為±5 LSB
• 增益溫度系數：MAX1118為±90 ppm/°C，MAX1117/MAX1119為±5 ppm/°C
• 總未調整誤差：MAX1118為±0.5至±1 LSB
• 通道間偏移匹配：±0.1 LSB

2. 動態性能

• 信噪失真比（SINAD）：48 dB
• 總諧波失真（THD）：-69 dB
• 無雜散動態范圍（SFDR）：66 dB
• 小信號帶寬：4 MHz

3. 模擬輸入

• 輸入電壓范圍：0至VREF
• 輸入泄漏電流：±0.7至±10 μA
• 輸入電容：18 pF

4. 內部參考

• MAX1117：2.048V
• MAX1119：4.096V

5. 外部參考（僅MAX1118）

• 輸入電壓范圍：1.0至VDD
• 輸入電流：平均10至20 uA

6. 電源要求

• 供電電壓：MAX1118為2.7至5.5V，MAX1117為2.7至5.5V，MAX1119為4.5至5.5V
• 供電電流：不同采樣率下的供電電流不同，具體數值可參考文檔。
• 電源抑制比：±0.5至±1 LSB/N

7. 數字輸入

• 輸入高電壓：2V
• 輸入低電壓：0.8V
• 輸入滯后：0.2V
• 輸入電流高：±10 uA
• 輸入電流低：±10 uA
• 輸入電容：2 pF

8. 數字輸出

• 輸出高電壓：VDD - 0.5V
• 輸出低電壓：0.4至0.8V
• 三態泄漏電流：±0.01至±10 uA
• 三態輸出電容：4 pF

9. 時序特性

不同的時序參數對于ADC的正常工作至關重要，具體參數可參考文檔中的詳細說明。

五、典型工作特性

文檔中提供了多個典型工作特性的圖表，包括積分非線性、差分非線性、關機電源電流、電源電流與溫度、電源電流與轉換率等。這些圖表直觀地展示了ADC在不同條件下的性能表現，對于工程師進行設計和優化具有重要的參考價值。

六、引腳說明

七、詳細工作原理

1. 跟蹤/保持

ADC的輸入架構由T/H、輸入多路復用器、輸入比較器、開關電容DAC和自動歸零軌組成。采集間隔從CNVST的下降沿開始，在此期間，模擬輸入連接到保持電容。采集完成后，T/H開關打開，保持電容連接到GND，保留模擬輸入信號的采樣。

2. 轉換過程

轉換過程內部定時，總采集和轉換時間<7.5 μs。采集輸入樣本后，比較器的負輸入連接到自動歸零電源，電容DAC將正輸入恢復到VDD/2，形成模擬輸入信號的數字表示。

3. 輸入電壓范圍

內部保護二極管允許輸入引腳在(GND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范圍內擺動，但為了準確轉換，輸入不得超過(VDD + 50mV)或小于(GND - 50mV)。

4. 輸入帶寬

ADC的輸入跟蹤電路具有4MHz的小信號帶寬，可使用欠采樣技術數字化高速瞬態事件和測量帶寬超過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。

5. 串行接口

MAX1117/MAX1118/MAX1119具有3線串行接口，CNVST和SCLK用于控制設備，三態DOUT引腳用于訪問轉換結果。該接口可連接到具有SPI、QSPI和MICROWIRE串行接口的微控制器，時鐘速率最高可達5MHz。

6. 數字輸入和輸出

ADC使用內部時鐘進行轉換，釋放了微處理器的負擔。轉換過程中，SCLK被忽略，轉換完成后，SCLK將串行數據輸出。轉換完成后，ADC進入自動關機模式，直到下一次轉換啟動。

八、應用信息

1. 上電復位

上電時，MAX1117/MAX1118/MAX1119處于自動關機狀態，通過將CNVST從高到低切換可啟動轉換。在外部參考穩定之前啟動轉換會導致誤差，因此需要等待外部參考穩定后再啟動轉換。

2. 自動關機和電源電流要求

轉換完成后，ADC自動關機，模擬電路的電源電流降至<1μA。數字轉換結果保存在靜態寄存器中，可通過串行接口隨時訪問。在較低的轉換速率下，這種架構的功耗優勢明顯。

3. 外部電壓參考（僅MAX1118）

在REF引腳連接+1V至VDD的外部參考，參考的直流輸入阻抗極高，轉換期間需能夠提供高達20μA的平均負載電流，輸出阻抗應不超過100Ω。如果參考輸出阻抗較高或有噪聲，可在REF引腳附近使用10nF或更大的電容進行旁路。

4. 傳遞函數

輸出編碼為二進制，參考電壓為+2.048V時，1LSB = 8mV（VREF/256）。

5. 布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，電路板布局應確保數字和模擬信號線分開，避免模擬和數字（尤其是時鐘）線平行或數字線在ADC封裝下方。建議在ADC接地處建立單點模擬接地（星形接地點），將所有模擬接地連接到星形接地。電源的接地返回路徑應具有低阻抗且盡可能短，以實現無噪聲運行。在VDD引腳附近使用0.1μF電容對電源進行旁路，以減少高頻噪聲的影響。如果電源有噪聲，可使用1μF電容和10Ω串聯電阻組成低通濾波器。

九、芯片信息

• 晶體管數量：2000
• 工藝：BiCMOS

總結

MAX1117/MAX1118/MAX1119是一系列性能優異的單電源、低功耗、2通道、串行8位ADC，適用于多種應用場景。它們具備豐富的特性和良好的電氣性能，在設計過程中，需要注意引腳連接、時序要求、電源管理以及布局布線等方面的問題。通過合理的設計和優化，能夠充分發揮這些ADC的優勢，實現高效、穩定的模擬到數字轉換。你在使用這些ADC的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。