MAX1110/MAX1111：低功耗多通道8位串行ADC的详细解析

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，我们就来深入探讨一下MAXIM公司的MAX1110/MAX1111这两款低功耗、多通道、串行8位ADC。

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一、产品概述

MAX1110/MAX1111是低功耗的8位、8通道（MAX1110）或4通道（MAX1111）模拟 - 数字转换器。它们具备内部跟踪/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的电流，在1ksps时电流更是低至6µA，非常适合对功耗要求较高的应用场景。

产品特性

1. 宽电源电压范围：支持2.7V至5.5V的单电源供电，适应多种电源环境。
2. 低功耗设计：在不同采样率下都能保持较低的功耗，如50ksps时为85µA，1ksps时为6µA。
3. 多通道输入：MAX1110有8通道单端或4通道差分输入，MAX1111有4通道单端或2通道差分输入，可满足多样化的输入需求。
4. 灵活的输入配置：软件可配置单极性/双极性和单端/差分操作。
5. 高速采样：内部跟踪/保持电路支持50kHz的采样率。
6. 内部基准：具备2.048V的内部基准。
7. 兼容多种串行接口：SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，方便与微处理器连接。
8. 低误差：总未调整误差最大为±1 LSB，典型值为±0.3 LSB。
9. 自动掉电模式：软件可编程的2µA自动掉电模式，可进一步降低功耗。

二、技术参数详解

1. 绝对最大额定值

在使用MAX1110/MAX1111时，需要注意其绝对最大额定值，如VDD到AGND的电压范围为 - 0.3V至6V，AGND到DGND的电压范围为 - 0.3V至0.3V等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

2. 电气特性

• 直流精度：分辨率为8位，相对精度在不同电源电压下有所不同，差分非线性为±1 LSB，无丢失码，失调误差和增益误差也有相应的指标。
• 动态特性：在特定输入条件下，信号 - 噪声和失真比（SINAD）为49 dB，总谐波失真（THD）为 - 70 dB，无杂散动态范围（SFDR）为68 dB，通道间串扰为 - 75 dB，小信号带宽为1.5 MHz，满功率带宽为800 kHz。
• 转换速率：转换时间在内部时钟和外部时钟模式下有所不同，跟踪/保持采集时间、孔径延迟和孔径抖动也有相应的参数。
• 模拟输入：输入电压范围根据单端和差分模式以及单极性和双极性输入有所不同，多路复用器泄漏电流和输入电容也有明确指标。
• 内部基准：REFOUT电压典型值为2.048V，短路电流为3.5 mA，温度系数为±50 ppm/°C，负载调整率在特定条件下为2.5 mV。
• 外部基准：输入电压范围为1V至VDD + 0.05V，输入电流在特定条件下为1至20µA。
• 电源要求：电源电压范围为2.7V至5.5V，不同电源电压和负载条件下的供电电流有所不同，电源抑制比也有相应指标。
• 数字输入输出：数字输入的高、低电压和滞后电压有明确规定，输入泄漏电流和电容也有相应参数；数字输出的低、高电压和三态泄漏电流、电容等也有具体指标。

3. 时序特性

包括跟踪/保持采集时间、DIN到SCLK的建立和保持时间、SCLK下降沿到输出数据有效时间等一系列时序参数，这些参数对于正确使用ADC至关重要。

三、引脚说明

MAX1110采用20引脚SSOP封装，MAX1111采用16引脚QSOP封装。各引脚功能如下：

1. 模拟输入引脚（CH0 - CH7）：用于采样模拟信号。
2. COM引脚：模拟输入的接地参考，在单端模式下设置零码电压。
3. SHDN引脚：三级关断输入，可控制器件的功耗状态。
4. REFIN引脚：用于连接外部参考电压，也可连接REFOUT使用内部参考。
5. REFOUT引脚：内部参考发生器输出，需用1µF电容旁路到AGND。
6. AGND和DGND引脚：分别为模拟地和数字地。
7. DOUT引脚：串行数据输出，在SCLK下降沿时钟输出数据。
8. SSTRB引脚：串行选通输出，用于指示转换结束。
9. DIN引脚：串行数据输入，在SCLK上升沿时钟输入数据。
10. CS引脚：片选信号，低电平有效。
11. SCLK引脚：串行时钟输入，用于时钟数据的输入和输出。
12. VDD引脚：正电源电压，范围为2.7V至5.5V。

四、工作原理

1. 伪差分输入

ADC的模拟比较器采样架构采用伪差分输入。在单端模式下，IN + 内部切换到所选输入通道，IN - 切换到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）。

2. 跟踪/保持

T/H电路在8位控制字节的第6位移入后的下降沿进入跟踪模式，在第8位移入后的下降沿进入保持模式。根据输入模式的不同，采样的信号也不同。

3. 输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有1.5MHz的小信号带宽，可通过欠采样技术对高速瞬态事件进行数字化和测量带宽超过采样率的周期性信号。为避免高频信号混叠，建议使用抗混叠滤波。

4. 模拟输入

内部保护二极管可使通道输入引脚在(AGND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范围内摆动而不受损坏，但为保证准确转换，输入不应超过VDD 50mV或低于AGND 50mV。

5. 控制字节

通过控制字节的不同位可配置ADC的工作模式，如选择输入通道、单极性/双极性模式、单端/差分模式、电源模式和时钟模式等。

五、使用方法

1. 快速评估

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

2. 启动转换

通过将控制字节时钟输入DIN来启动转换，CS低电平时，SCLK的上升沿将DIN的位时钟输入内部移位寄存器。

3. 简单软件接口

在使用时，需确保CPU的串行接口运行在主模式，选择合适的时钟频率。按照特定步骤进行操作，如设置控制字节、拉低CS、传输控制字节和接收转换结果等。

六、时钟模式

1. 外部时钟模式

外部时钟不仅用于数据的移位，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，后续的SCLK下降沿输出转换结果。

2. 内部时钟模式

内部时钟模式可减轻微处理器运行SAR转换时钟的负担，转换结果可在处理器方便时读取。SSTRB在转换开始时变低，转换完成时变高。

七、应用信息

1. 上电复位

上电时，若SHDN未拉低，内部上电复位电路将激活器件，SSTRB在上电时为高电平，CS低电平时，DIN的第一个逻辑1被解释为起始位。

2. 掉电模式

• 软件掉电：通过控制字节的PD1位激活，转换完成后进入低静态电流状态。
• 硬线掉电：拉低SHDN可使器件进入硬线掉电状态，同时控制内部基准的状态。

3. 外部参考

可在REFIN端子直接连接1V至VDD的外部参考，使用外部参考时需注意其输出阻抗和负载电流。

4. 内部参考

将REFIN连接到REFOUT可使用内部参考，内部参考需用1µF电容旁路到AGND。

5. 传输函数

单极性和双极性模式下的满量程电压范围不同，输出编码为二进制，1 LSB的电压值根据不同模式有所不同。

6. 布局、接地和旁路

为获得最佳性能，建议使用印刷电路板，分离数字和模拟信号线，建立单点模拟接地，对电源进行旁路滤波。

八、总结

MAX1110/MAX1111是两款性能出色的低功耗多通道8位串行ADC，具有丰富的特性和灵活的配置选项。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求合理选择和使用这些特性，同时注意器件的电气参数、引脚功能、工作原理和使用方法，以确保设计的稳定性和可靠性。你在使用MAX1110/MAX1111的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。