MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，而ADC（模拟 - 数字转换器）则是实现这一转换的核心器件。今天，我们要深入探讨的是MAXIM公司的MAX1110/MAX1111，这两款低功耗、多通道、8位串行ADC，它们在众多应用场景中展现出了出色的性能。

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一、器件概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位ADC，具备8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模拟输入。它们集成了内部跟踪/保持电路、电压基准、时钟和串行接口，可在2.7V至5.5V的单电源下工作。在高达50ksps的采样率下，仅消耗85µA电流，在1ksps时，电流更是低至6µA，非常适合对功耗要求严格的应用。

主要特性

1. 宽电源范围：支持2.7V至5.5V的单电源供电，适应不同的电源环境。
2. 低功耗：在不同采样率下都能保持较低的功耗，有效延长电池供电设备的续航时间。
3. 多通道输入：MAX1110有8个单端或4个差分输入通道，MAX1111有4个单端或2个差分输入通道，可满足多种信号采集需求。
4. 软件可配置：输入模式可通过软件配置为单极性/双极性、单端/差分操作，增加了使用的灵活性。
5. 串行接口兼容：4线串行接口与SPI™、QSPI™和MICROWIRE™标准兼容，方便与微处理器连接。
6. 自动掉电模式：具有软件可编程的2µA自动掉电模式，进一步降低功耗。

二、电气特性

直流精度

• 分辨率：8位分辨率，能够满足大多数应用的精度要求。
• 相对精度：在不同电源电压下，相对精度有所不同，如在2.7V至3.6V电源电压下，典型值为±0.15 LSB。
• 差分非线性：无漏码，最大差分非线性为±1 LSB。
• 偏移误差：在2.7V至3.6V电源电压下，典型偏移误差为±0.35 LSB。
• 增益误差：在5.5V电源电压下，典型增益误差为±0.5 LSB。

动态特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值为49dB，能够有效还原输入信号。
• 总谐波失真（THD）：典型值为 - 70dB，保证了信号的纯净度。
• 无杂散动态范围（SFDR）：典型值为68dB，减少了杂散信号的干扰。
• 通道间串扰：在特定条件下，通道间串扰低至 - 75dB，提高了多通道采集的准确性。

其他特性

• 转换时间：内部时钟模式下为25 - 55µs，外部时钟模式下（500kHz，10个时钟/转换周期）为20µs。
• 跟踪/保持采集时间：外部时钟2MHz时，tACQ为1µs，其计算公式为 (tACQ = 6 times (RS + R{IN}) times 18 pF)，其中 (R_{IN}=6.5 k Omega)，且tACQ不小于1µs。
• 内部参考电压：REFOUT电压为2.048V，温度系数为±50 ppm/°C。

三、引脚说明

MAX1110

• CH0 - CH7：采样模拟输入引脚。
• COM：模拟输入的接地参考，在单端模式下设置零码电压。
• SHDN：三级关断输入，可控制芯片进入低功耗状态。
• REFIN：参考电压输入，可连接到REFOUT使用内部参考。
• REFOUT：内部参考发生器输出，需用1µF电容旁路到AGND。
• AGND：模拟地。
• DGND：数字地。
• DOUT：串行数据输出，在SCLK下降沿输出数据。
• SSTRB：串行选通输出，指示转换结束。
• DIN：串行数据输入，在SCLK上升沿输入数据。
• CS：片选信号，低电平有效。
• SCLK：串行时钟输入，控制数据的输入和输出，同时也设置转换速度。
• VDD：正电源电压，范围为2.7V至5.5V。

MAX1111

引脚功能与MAX1110类似，但通道数量和封装不同，MAX1111采用16引脚QSOP封装，而MAX1110采用20引脚SSOP封装。

四、工作原理

伪差分输入

ADC的模拟比较器采样架构采用伪差分输入方式。在单端模式下，IN + 连接到所选输入通道，IN - 连接到COM；在差分模式下，IN + 和IN - 从特定的通道对中选择。在差分模式下，只有IN + 的信号被采样，IN - 必须在转换期间相对于AGND保持稳定在±0.5 LSB（最佳结果为±0.1 LSB），可通过连接0.1µF电容到AGND来实现。

跟踪/保持

跟踪/保持电路在8位控制字节的第6位移入后的时钟下降沿进入跟踪模式，在第8位移入后的时钟下降沿进入保持模式。根据输入模式的不同，采样正输入或输入差值。

输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有1.5MHz的小信号带宽，可利用欠采样技术数字化高速瞬态事件和测量带宽超过采样率的周期性信号，但建议使用抗混叠滤波以避免高频信号混叠。

五、使用方法

快速评估

可使用图5所示的电路快速评估MAX1110/MAX1111的模拟性能。将DIN连接到 + 3V，可触发单端、单极性转换。

启动转换

通过将控制字节时钟输入到DIN来启动转换。CS低电平时，SCLK的上升沿将位从DIN时钟输入到内部移位寄存器。第一个逻辑“1”位定义控制字节的MSB。

简单软件接口

1. 设置控制字节TB1，格式为1XXXXX11二进制，选择外部时钟模式。
2. 使用CPU的通用I/O线将CS拉低。
3. 发送TB1并接收字节RB1，忽略RB1。
4. 发送全零字节（$00 hex）并接收字节RB2。
5. 再次发送全零字节（$00 hex）并接收字节RB3。
6. 将CS拉高。

时钟模式

• 外部时钟模式：外部时钟不仅用于数据移位，还驱动模数转换步骤。SSTRB在控制字节的最后一位后脉冲高电平两个时钟周期。转换必须在1ms内完成，否则采样保持电容的下垂会影响转换结果。
• 内部时钟模式：释放了微处理器运行SAR转换时钟的负担，可在转换完成后以高达2MHz的时钟速率读取转换结果。SSTRB在转换开始时变低，转换完成时变高。

六、应用场景

MAX1110/MAX1111适用于多种应用场景，包括：

• 便携式数据记录：低功耗特性使其非常适合电池供电的便携式设备。
• 手持测量设备：多通道输入和高分辨率可满足各种测量需求。
• 医疗仪器：对精度和可靠性要求较高的医疗设备。
• 系统诊断：用于监测和诊断系统的运行状态。
• 太阳能供电远程系统：低功耗和宽电源范围适应太阳能供电的环境。
• 4mA至20mA供电远程数据采集系统：可在工业环境中稳定工作。

MAX1110/MAX1111以其低功耗、多通道、高分辨率和灵活的接口等特性，为电子工程师提供了一个优秀的ADC解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择和配置，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。