探索MAX1179/MAX1187/MAX1189：16位單電源ADC的卓越性能

在電子設計領域，模擬 - 數字轉換器（ADC）是連接現實世界模擬信號與數字系統的關鍵橋梁。MAXIM推出的MAX1179/MAX1187/MAX1189系列16位、135ksps單電源ADC，憑借其獨特的特性和廣泛的應用場景，成為眾多工程師的首選。下面我們就來深入了解這款ADC的特點和應用。

文件下載：MAX1189.pdf

一、產品概述

MAX1179/MAX1187/MAX1189是16位低功耗逐次逼近型ADC，具備自動掉電功能、工廠校準的內部時鐘和16位寬并行接口。它們采用單 +4.75V至 +5.25V模擬電源供電，并擁有獨立的數字電源輸入，可直接與 +2.7V至 +5.25V數字邏輯接口。不同型號在輸入電壓范圍上有所差異，MAX1179接受 ±5V的雙極性輸入電壓范圍，MAX1187接受0至 +10V的模擬輸入電壓范圍，而MAX1189接受 ±10V的雙極性模擬輸入電壓范圍。

二、產品特性

2.1 輸入電壓范圍靈活

提供 ±10V、±5V或0至10V三種不同的模擬輸入電壓范圍，能夠滿足多種應用場景的需求。

2.2 接口與電源兼容性

具備16位寬并行接口，單 +4.75V至 +5.25V模擬電源電壓，可與 +2.7V至 +5.25V數字邏輯接口，方便與各種數字系統集成。

2.3 高精度性能

±2LSB（最大）的積分非線性（INL）和 ±1LSB（最大）的差分非線性（DNL），保證了高精度的轉換結果。

2.4 低功耗設計

在135ksps采樣率下，使用外部參考時功耗僅為23mW，使用內部 +4.096V參考時為29mW。AutoShutdown?功能可在10ksps時將電源電流降至0.4mA，非常適合電池供電的應用。

2.5 小尺寸封裝

采用28引腳TSSOP封裝，節省電路板空間。

三、電氣特性

3.1 直流精度

分辨率為16位，不同型號的DNL和INL指標有所不同，能有效保證轉換的準確性。過渡噪聲低至0.6LSB RMS（外部參考），內部參考的精度也較高。此外，還給出了偏移誤差、增益誤差、偏移漂移和增益漂移等參數，為系統設計提供了詳細的參考。

3.2 交流精度

在1kHz輸入頻率、滿量程輸入和135ksps采樣率下，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）可達86 - 90dB，信噪比（SNR）為87 - 91dB，總諧波失真（THD）低至 - 100dB，無雜散動態范圍（SFDR）為92 - 103dB，展現了出色的交流性能。

3.3 模擬輸入

不同型號具有不同的輸入范圍和輸入電阻，在正常工作和關機模式下的輸入電流也有所差異。輸入電容為10pF，為輸入電路的設計提供了依據。

3.4 內部參考

內部參考輸出電壓為4.096V，溫度系數為 ±35ppm/°C，短路電流為 ±10mA?？赏ㄟ^REFADJ引腳進行微調，輸入阻抗約為5kΩ。

3.5 外部參考

外部參考可連接到REFADJ或REF引腳，REFADJ輸入阻抗典型值為5kΩ。使用外部參考時，需確保其能提供100μA的直流負載電流，輸出阻抗不超過10Ω。

3.6 數字輸入/輸出

輸出高電壓和低電壓滿足一定的規范，輸入高電壓和低電壓與數字電源電壓相關，輸入泄漏電流小，輸入遲滯為0.2V，輸入電容為15pF，三態輸出泄漏電流和電容也有相應的指標。

3.7 電源

模擬電源電壓范圍為4.75 - 5.25V，數字電源電壓范圍為2.70 - 5.25V。不同型號在不同參考和采樣率下的電源電流不同，關機模式下電源電流可低至0.5 - 5μA，待機模式下為3.7mA，數字電源電流為0.75mA，電源抑制比為3.5LSB。

3.8 時序特性

最大采樣率為135ksps，采集時間為2μs，轉換時間為4.7μs，CS脈沖寬度、R/C到CS的建立和保持時間、CS到輸出數據有效時間等都有明確的規定，確保了系統的時序準確性。

四、典型應用特性

通過一系列圖表展示了電源電流與溫度、采樣率的關系，INL和DNL與代碼的關系，偏移誤差、增益誤差與溫度的關系，以及SFDR、THD、SINAD與頻率的關系等。這些特性有助于工程師在實際應用中更好地了解ADC的性能表現，優化系統設計。

五、引腳描述

詳細介紹了每個引腳的功能，如D0 - D15為三態數字數據輸出引腳，R/C用于控制讀取和轉換，EOC表示轉換結束，AVDD和DVDD分別為模擬和數字電源輸入，AIN為模擬輸入引腳等。了解引腳功能對于正確連接和使用ADC至關重要。

六、工作原理

6.1 轉換操作

采用逐次逼近（SAR）轉換技術，結合固有的跟蹤 - 保持（T/H）階段，將模擬輸入轉換為16位數字輸出。并行輸出為微處理器提供了高速接口。

6.2 輸入縮放

輸入縮放器允許在單 +5V模擬電源下轉換真正的雙極性輸入電壓和高于電源的輸入電壓，將模擬輸入衰減并移位以匹配內部DAC的輸入范圍。

6.3 跟蹤和保持

在跟蹤模式下，內部保持電容獲取模擬信號；在保持模式下，T/H開關打開，電容DAC對模擬輸入進行采樣。

6.4 掉電模式

可通過R/C引腳在CS的第二個下降沿選擇待機模式或關機模式。待機模式下，內部參考和參考緩沖器在轉換之間保持開啟，減少了等待參考上電的時間；關機模式下，參考和參考緩沖器在轉換完成后關閉，可降低功耗，但再次上電時需要12ms的時間來喚醒和穩定。

6.5 內部時鐘

內部生成轉換時鐘，減輕了微處理器運行SAR轉換時鐘的負擔，從進入保持模式到轉換結束的總轉換時間最大為4.7μs。

七、應用信息

7.1 啟動轉換

通過CS和R/C引腳控制采集和轉換。CS的第一個下降沿在R/C為低電平時為設備上電并使其進入采集模式，若R/C為高電平則忽略CS信號。從關機狀態上電時，內部參考需要至少12ms的時間來喚醒和穩定?？赏ㄟ^在CS為高電平時切換RESET引腳來復位設備，下一個CS的下降沿開始采集。

7.2 選擇待機或關機模式

通過R/C引腳在CS的第二個下降沿選擇待機或關機模式。R/C為低電平時進入待機模式，參考和緩沖器保持開啟；R/C為高電平時進入關機模式，參考和緩沖器關閉。

7.3 讀取轉換結果

EOC引腳在轉換完成時向微處理器發出信號，其下降沿表示數據有效并準備輸出到總線。D0 - D15為并行輸出，在采集和轉換期間保持高阻抗，CS的第三個下降沿且R/C為高電平時將數據加載到總線上。

八、布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC）。避免模擬和數字線路相互平行，不要在ADC封裝下方布置數字信號路徑。采用單獨的模擬和數字接地平面，并在盡可能靠近設備的位置將兩個接地系統連接在一起。將數字信號遠離敏感的模擬和參考輸入，若數字線路必須與模擬線路交叉，應采用直角交叉以減少數字噪聲耦合。對于AVDD電源，使用0.1μF電容與1μF至10μF低ESR電容并聯進行旁路，且電容引腳應盡量短，以減少雜散電感。

九、定義

9.1 積分非線性（INL）

實際傳輸函數值與直線的偏差，通過端點法測量。

9.2 差分非線性（DNL）

實際步長與理想值1LSB的差值，1LSB的DNL誤差保證了無丟失碼和單調傳輸函數。

9.3 信噪比（SNR）

滿量程模擬輸入（RMS值）與RMS量化誤差（殘余誤差）的比值，實際中還需考慮其他噪聲源。

9.4 信號 - 噪聲加失真比（SINAD）

輸入信號基頻的RMS幅度與所有其他ADC輸出信號的RMS等效值的比值。

9.5 有效位數（ENOB）

表示ADC在特定輸入頻率和采樣率下的全局精度，通過SINAD計算得出。

9.6 總諧波失真（THD）

輸入信號前五次諧波的RMS和與基波本身的比值。

9.7 無雜散動態范圍（SFDR）

基波（最大信號分量）的RMS幅度與下一個最大頻率分量的RMS值的比值。

十、芯片信息

該系列ADC的晶體管數量為15,383，采用BiCMOS工藝制造。同時，文檔還提供了詳細的訂購信息，包括不同型號的溫度范圍、引腳封裝、輸入電壓范圍和INL指標等。

MAX1179/MAX1187/MAX1189系列ADC以其高精度、低功耗、靈活的輸入范圍和良好的兼容性，為工業過程控制、儀器儀表、醫療應用等領域提供了可靠的解決方案。在實際設計中，工程師們需要根據具體的應用需求，合理選擇型號，并注意布局、接地和旁路等方面的問題，以充分發揮該系列ADC的性能優勢。大家在使用這款ADC的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。