深入剖析 MAX1242/MAX1243：低功耗 10 位串行 ADC 的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計世界里，合適的 ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）對于項目的成功至關(guān)重要。今天，我們就來詳細(xì)探討一下 Maxim Integrated 推出的 MAX1242/MAX1243 這兩款 +2.7V 至 +5.25V 低功耗、10 位串行 ADC，看看它們?yōu)楹文茉诒姸喈a(chǎn)品中脫穎而出。

文件下載：MAX1243.pdf

一、總體概述

MAX1242/MAX1243 采用 8 引腳封裝，擁有小巧的外形。它能在 +2.7V 至 +5.25V 的單電源下穩(wěn)定工作，具備 7.5μs 的逐次逼近型 ADC、1.5μs 的快速跟蹤/保持（Track/Hold）功能、片上時鐘以及高速 3 線串行接口。在 73ksps 的最大采樣速度下，MAX1242 功耗僅 3.7mW，MAX1243 為 3mW，在 1ksps 時 MAX1243 僅 66μW，關(guān)機模式下更可低至 5μW。這樣的低功耗特性，使其在對功耗要求苛刻的應(yīng)用場景中具有很大的優(yōu)勢。

二、器件特性分析

（一）性能特點

1. 電源與分辨率：支持 +2.7V 至 +5.25V 的單電源供電，提供 10 位分辨率，能滿足大多數(shù)中等精度數(shù)據(jù)采集需求。
2. 參考電壓差異：MAX1242 內(nèi)置 2.5V 參考電壓，使用方便；而 MAX1243 需外部參考，這為用戶根據(jù)實際需求靈活配置參考電壓提供了可能。
3. 封裝優(yōu)勢：采用 8 引腳 DIP 和 SO 封裝，小尺寸的封裝節(jié)省了電路板空間，適合對空間要求較高的設(shè)計。
4. 接口兼容性：具備 SPI/QSPI?/MICROWIRE? 3 線串行接口，可直接連接標(biāo)準(zhǔn)微控制器的 I/O 端口，方便與各種微處理器進行通信。

（二）電氣特性

1. 直流精度：包括分辨率、相對精度、差分非線性、偏移誤差、增益誤差等指標(biāo)都有明確的參數(shù)范圍。例如，MAX124_A 的相對精度可達 ±0.5 LSB，差分非線性 ±1 LSB 等，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2. 動態(tài)特性：在 10kHz 正弦波輸入、73ksps 采樣速率下，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）達 66dB，總諧波失真（THD）低至 -70dB 等，這些動態(tài)指標(biāo)使得它在處理動態(tài)信號時表現(xiàn)出色。
3. 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時間為 5.5 - 7.5μs，跟蹤/保持采集時間為 1.5μs，吞吐量速率可達 73ksps，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換。

三、具體工作原理與應(yīng)用要點

（一）轉(zhuǎn)換器操作

MAX1242/MAX1243 通過輸入跟蹤/保持（T/H）和逐次逼近寄存器（SAR）電路，將 0V 至 (V_{REF}) 范圍內(nèi)的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為 10 位數(shù)字輸出。轉(zhuǎn)換分為正常和關(guān)機兩種模式，通過 SHDN 引腳控制。拉低 SHDN 引腳可使器件進入關(guān)機狀態(tài)，降低功耗；拉高或懸空則進入工作模式。轉(zhuǎn)換通過拉低 CS 引腳啟動，轉(zhuǎn)換結(jié)果以單極串行格式在 DOUT 引腳輸出。

（二）模擬輸入與帶寬

模擬輸入范圍為 0V 至 (V{REF})，輸入電容為 16pF。輸入跟蹤電路具有 2.25MHz 的小信號帶寬，可利用欠采樣技術(shù)對高速瞬態(tài)事件進行數(shù)字化處理和測量帶寬超過采樣率的周期性信號，但為避免混疊，建議使用抗混疊濾波。同時，內(nèi)部保護二極管可使輸入在 GND - 0.3V 至 (V{DD}+0.3V) 范圍內(nèi)擺動而不受損壞，但在接近滿量程轉(zhuǎn)換時，輸入電壓有一定限制。

（三）參考電壓

1. 內(nèi)部參考（MAX1242）：MAX1242 內(nèi)置 2.5V 參考電壓，輸出可作為其他元件的參考電壓源，能提供高達 400μA 的電流。REF 引腳需用 4.7μF 電容旁路，但較大電容會增加退出關(guān)機模式的喚醒時間。拉低 SHDN 引腳可啟用內(nèi)部參考，懸空則禁用并可使用外部參考。
2. 外部參考：MAX1242/MAX1243 可使用外部參考電壓，將 SHDN 引腳懸空即可禁用 MAX1242 的內(nèi)部參考。外部參考電壓范圍為 1.0V 至 (V_{DD})，轉(zhuǎn)換期間需提供高達 250μA 的直流負(fù)載電流，輸出阻抗不超過 10Ω，建議旁路電容最小值為 0.1μF。

（四）串行接口與時序控制

1. 初始化與啟動轉(zhuǎn)換：上電后，若使用內(nèi)部參考，需等待最多 20ms 使 4.7μF 參考旁路電容充電至足夠電量；使用外部參考時，電源穩(wěn)定后內(nèi)部復(fù)位時間為 10μs，此期間不應(yīng)進行轉(zhuǎn)換。拉低 CS 引腳啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時 DOUT 引腳拉高信號。
2. 外部時鐘與時序：實際轉(zhuǎn)換無需外部時鐘，轉(zhuǎn)換結(jié)果可在微處理器方便時以最高 2.1MHz 的時鐘速率讀取。時鐘占空比無限制，但每個時鐘相位至少為 200ns。轉(zhuǎn)換過程中，時鐘應(yīng)保持低電平。通過 CS 和 SCLK 數(shù)字輸入控制轉(zhuǎn)換啟動和數(shù)據(jù)讀取操作，詳細(xì)時序可參考相關(guān)時序圖。

（五）輸出編碼與傳輸函數(shù)

輸出數(shù)據(jù)為二進制格式，標(biāo)稱傳輸函數(shù)決定了代碼轉(zhuǎn)換在連續(xù)整數(shù) LSB 值的中間位置發(fā)生。例如，當(dāng) (V_{REF}=2.5V) 時，1 LSB 等于 2.44mV 或 2.5V / 1024。

四、應(yīng)用場景與接口連接

（一）應(yīng)用場景

該器件適用于多種場景，如便攜式數(shù)據(jù)記錄、過程控制監(jiān)控、測試設(shè)備、溫度測量和隔離數(shù)據(jù)采集等，可滿足不同應(yīng)用對低功耗、小尺寸和高性能 ADC 的需求。

（二）接口連接

MAX1242/MAX1243 串行接口與 SPI、QSPI 和 Microwire 標(biāo)準(zhǔn)串行接口完全兼容。使用這些接口時，需將 CPU 的串行接口設(shè)置為主模式，選擇合適的時鐘頻率（最高 2.1MHz），并按照相應(yīng)的時序要求進行操作。例如，SPI 和 QSPI 接口在數(shù)據(jù)讀取方式和時鐘周期要求上有所不同，工程師需根據(jù)具體情況進行配置。

五、布局與接地建議

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板，避免使用繞線板。電路板布局應(yīng)確保數(shù)字和模擬信號線相互分離，避免模擬和數(shù)字（尤其是時鐘）線相互平行，或數(shù)字線位于 ADC 封裝下方。這樣可以減少信號干擾，提高 ADC 的性能。

六、訂購信息與芯片信息

文檔提供了詳細(xì)的訂購信息，包括不同型號的溫度范圍、封裝類型和積分非線性（INL）等參數(shù)。同時，還介紹了芯片的基板連接到 GND、采用 BiCMOS 工藝等芯片信息，以及不同封裝的相關(guān)信息，方便工程師根據(jù)實際需求進行選擇。

MAX1242/MAX1243 憑借其低功耗、高性能、小尺寸和豐富的接口兼容性等特點，為電子工程師在設(shè)計各種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計要求和場景，合理選擇器件、配置參數(shù)，并注意電路板布局和接地等問題，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢。大家在使用 MAX1242/MAX1243 時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。