MAX11626 - MAX11633：12位300ksps ADC的深度解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨MAX11626 - MAX11633这一系列12位300ksps ADC，了解它们的特性、应用以及设计要点。

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一、产品概述

MAX11626 - MAX11629/MAX11632/MAX11633是具有内部参考的串行12位模数转换器。它们具备片上FIFO、扫描模式、内部时钟模式、内部平均和AutoShutdown™等特性。最大采样率在使用外部时钟时可达300ksps。不同型号的输入通道数有所不同，MAX11632/MAX11633有16个输入通道，MAX11628/MAX11629有8个输入通道，MAX11626/MAX11627有4个输入通道。这些器件可在+3V或+5V电源下工作，并包含一个10MHz SPI - /QSPI™ - /MICROWIRE®兼容的串行端口。

应用场景

这些ADC适用于多种应用场景，如系统监控、数据采集系统、工业控制系统、患者监测、数据记录和仪器仪表等。

二、产品特性

1. 模拟多路复用器

不同型号提供不同数量的通道，可满足不同的应用需求。

• MAX11632/MAX11633：16通道
• MAX11628/MAX11629：8通道
• MAX11626/MAX11627：4通道

2. 单电源供电

• MAX11627/MAX11629/MAX11633：2.7V - 3.6V
• MAX11626/MAX11628/MAX11632：4.75V - 5.25V

3. 内部参考

• MAX11627/MAX11629/MAX11633：2.5V
• MAX11626/MAX11628/MAX11632：4.096V

4. 外部参考

支持1V到VDD的外部参考电压。

5. 16 - 条目FIFO

可存储多达16个ADC结果，允许ADC处理多个内部时钟转换，而不会占用串行总线。

6. 扫描模式、内部平均和内部时钟

提供灵活的转换模式，内部时钟准确在4.4MHz标称时钟速率的10%以内。

7. 高精度

积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）均为±1 LSB，在温度范围内无丢失码。

8. 10MHz 3 - 线SPI - /QSPI - /MICROWIRE兼容接口

方便与微处理器等设备进行通信。

9. 小封装

• MAX11626 - MAX11629：16引脚QSOP封装
• MAX11632/MAX11633：24引脚QSOP封装

三、电气特性

1. 直流精度

• 分辨率：12位
• 积分非线性（INL）：±1.0 LSB
• 微分非线性（DNL）：±1.0 LSB，无丢失码
• 偏移误差：±0.5 - ±4.0 LSB
• 增益误差：±0.5 - ±4.0 LSB
• 偏移误差温度系数：±2 ppm/°C
• 增益温度系数：±0.8 ppm/°C
• 通道间偏移匹配：±0.1 LSB

2. 动态特性

在30kHz正弦波输入、300ksps采样率、fSCLK = 4.8MHz条件下：

• 信噪失真比（SINAD）：MAX11627/MAX11629/MAX11633为71dB，MAX11626/MAX11628/MAX11632为73dB
• 总谐波失真（THD）：MAX11627/MAX11629/MAX11633为 - 80dBc，MAX11626/MAX11628/MAX11632为 - 88dBc
• 无杂散动态范围（SFDR）：MAX11627/MAX11629/MAX11633为81dBc，MAX11626/MAX11628/MAX11632为89dBc
• 互调失真（IMD）：fIN1 = 29.9kHz，fIN2 = 30.2kHz时为76dBc
• 全功率带宽： - 3dB点为1MHz
• 全线性带宽：S/(N + D) > 68dB时为100kHz

3. 转换时间

• 外部参考：0.8μs
• 内部参考上电时间：65μs
• 采集时间：0.6μs
• 转换时间：内部时钟为3.5μs，外部时钟为2.7μs

4. 其他特性

• 模拟输入电压范围：单极性0 - VREF
• 输入泄漏电流：±0.01 - ±1μA
• 输入电容：采集时间内为24pF
• 内部参考输出电压：MAX11626/MAX11628/MAX11632为4.024 - 4.168V，MAX11627/MAX11629/MAX11633为2.48 - 2.52V
• 参考温度系数：MAX11626/MAX11628/MAX11632为±20ppm/°C，MAX11627/MAX11629/MAX11633为±30ppm/°C
• 参考输出电阻：6.5kΩ
• 参考输出噪声：200μVRMS
• 参考电源抑制比（PSRR）： - 70dB

四、工作原理

1. 转换器操作

采用逐次逼近寄存器（SAR）转换技术和片上T/H块，将电压信号转换为12位数字结果，支持单端信号范围。

2. 输入带宽

输入跟踪电路具有1MHz小信号带宽，可使用欠采样技术数字化高速瞬态事件和测量带宽超过ADC采样率的周期性信号。但需要对输入信号进行抗混叠预滤波，以避免高频信号混叠到感兴趣的频带。

3. 模拟输入保护

内部ESD保护二极管将所有引脚钳位到VDD和GND，允许输入在(GND - 0.3V)到(VDD + 0.3V)范围内摆动而不损坏。但为了进行准确的满量程转换，输入不得超过VDD 50mV或低于GND 50mV。如果非通道模拟输入电压超过电源，应将输入电流限制在2mA。

4. 3 - 线串行接口

与SPI/QSPI和MICROWIRE设备兼容。对于SPI/QSPI，确保CPU串行接口运行在主模式，选择10MHz或更低的SCLK频率，并设置时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）。设备可在SCLK空闲高或低的情况下工作，即CPOL = CPHA = 0或CPOL = CPHA = 1。

五、寄存器配置

1. 转换寄存器

用于选择每个扫描的活动模拟输入通道和扫描模式。通过写入转换寄存器请求扫描，不同的扫描模式可实现不同的转换效果。

2. 设置寄存器

配置时钟、参考和掉电模式。其中CKSEL1和CKSEL0控制时钟模式，REFSEL1和REFSEL0控制内部或外部参考使用。

3. 平均寄存器

配置ADC对每个请求结果最多平均32个样本，并独立控制单通道扫描请求的结果数量。

4. 复位寄存器

用于清除FIFO或将所有寄存器重置为默认状态。

六、时钟模式

1. 时钟模式00

通过CNVST启动唤醒、采集、转换和关机序列，使用内部振荡器自动执行。结果添加到内部FIFO中，扫描完成后EOC拉低。

2. 时钟模式01

使用CNVST一次请求一个转换，使用内部振荡器自动执行。设置CNVST低开始采集，高开始转换，转换完成后ADC关机并拉低EOC。

3. 时钟模式10

通过向转换寄存器写入输入数据字节启动唤醒、采集、转换和关机序列，使用内部振荡器自动执行。这是上电后的默认时钟模式。

4. 时钟模式11

通过向转换寄存器写入启动采集和转换，使用SCLK作为转换时钟，一次执行一个转换。扫描和平均功能禁用，转换结果在转换期间可在DOUT获得。

七、设计要点

1. 布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，应使用PCB，避免使用绕线板。电路板布局应确保数字和模拟信号线相互分离，避免模拟和数字（尤其是时钟）信号平行布线或数字线在MAX11626 - MAX11629/MAX11632/MAX11633封装下方布线。VDD电源中的高频噪声会影响性能，应使用0.1μF电容将VDD电源旁路到GND，靠近VDD引脚，并尽量减小电容引线长度以获得最佳电源噪声抑制。如果电源噪声很大，可串联一个10Ω电阻以改善电源滤波。

2. 部分读写

在FIFO读取和写入时，需要注意部分读写的情况，避免数据丢失和FIFO损坏。

八、总结

MAX11626 - MAX11633系列ADC以其丰富的特性、高精度和灵活的配置，为电子工程师在系统监控、数据采集等领域提供了强大的解决方案。在设计过程中，合理利用其功能和注意设计要点，能够充分发挥这些ADC的性能，实现高效、准确的数据采集和处理。你在使用这类ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。