MAX1497/MAX1499：3.5 - 和4.5 - 位单芯片ADC与LED驱动及微控制器接口

在电子设计领域，高精度、低功耗的模数转换器（ADC）一直是工程师们关注的焦点。今天我们要介绍的MAX1497/MAX1499就是这样一款优秀的产品，它集3.5 - 和4.5 - 位ADC、LED驱动以及微控制器接口于一身，为数字面板仪表、手持仪表等应用提供了强大的解决方案。

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产品概述

MAX1497/MAX1499是低功耗的3.5 - 和4.5 - 位模数转换器，集成了发光二极管（LED）驱动，可在2.7V至5.25V的单电源下工作。它们内置了参考电压、高精度片上振荡器和多路复用LED显示驱动器，内部电荷泵可为单电源操作提供负电源，为集成输入缓冲器供电。

MAX1497为3.5 - 位（±1999计数）设备，MAX1499为4.5 - 位（±19,999计数）设备。这两款产品无需外部精密积分电容、自动调零电容、晶体振荡器、电荷泵或其他双斜率ADC所需的电路，并且具有片上缓冲器，可直接与高阻抗信号源接口。此外，它们还采用连续内部偏移校准，对50Hz和60Hz线路噪声的抑制能力超过100dB，具备数据保持、峰值检测、过范围和欠范围检测以及用户可编程低电池监测等功能。

产品特性

高分辨率

• MAX1499：4.5位（±19,999计数）
• MAX1497：3.5位（±1999计数）

Sigma - Delta ADC架构

无需积分电容和自动调零电容，同时对50Hz和60Hz噪声的抑制能力超过100dB。

单电源供电

可在2.7V至5.25V的单电源下工作。

可选输入范围

输入范围可选±200mV或±2V，参考电压可选内部2.048V或外部参考。

自动偏移校准

内置自动偏移校准功能，确保测量的准确性。

低功耗

• 最大工作电流664µA
• 最大关断电流268µA

封装形式多样

• MAX1499：32引脚、7mm x 7mm TQFP封装
• MAX1497：28引脚SSOP和28引脚PDIP封装

多路复用LED驱动

电阻可编程段电流，SPI - /QSPI - /MICROWIRE兼容串行接口。

宽温度范围

工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

电气特性

直流精度

• 无噪声分辨率：MAX1499为 - 19,999至 + 19,999计数，MAX1497为 - 1999至 + 1999计数。
• 积分非线性（INL）：在2.000V和200mV范围内均为±1计数。
• 范围变化比：200mV范围和2.0V范围下为10:1。
• 翻转误差：满量程输入时为±1计数。
• 输出噪声：典型值为10µV P - P。
• 偏移误差：零输入读数为0。
• 增益误差：±0.5% FSR。
• 偏移漂移：零读数漂移为0.1µV/°C。
• 增益漂移：±1ppm/°C。

输入转换速率

• 外部时钟频率：4.9152MHz
• 外部时钟占空比：40 - 60%
• 转换速率：内部时钟模式下为5Hz，外部时钟（fCLK = 4.9152MHz）时也为5Hz。

模拟输入

• 输入电压范围：RANGE位为0时为 - 2.0至 + 2.0V，RANGE位为1时为 - 0.2至 + 0.2V。
• 绝对输入电压范围： - 2.2至 + 2.2V。
• 50Hz和60Hz正常模式噪声抑制：内部时钟模式和外部时钟模式（fCLK = 4.9152MHz）下均为±2%，抑制能力为100 - 120dB。
• 50Hz和60Hz共模噪声抑制：对于50Hz和60Hz ±2%，RSOURCE < 10kΩ时为150dB，直流时为100dB。
• 输入泄漏电流：10nA
• 输入电容：10pF
• 平均动态输入电流： - 20至 + 20nA

低电池电压监测（仅MAX1499）

• 触发阈值：2.048V
• 泄漏电流：10pA
• 滞后：20mV

内部参考

• 输出电压：AVDD = VDD = 5V时为2.007 - 2.089V
• 输出短路电流：1mA
• 输出温度系数：40ppm/°C
• 负载调节：6mV/µA
• 线路调节：50µV/V
• 噪声电压：0.1Hz至10Hz为400µV P - P，10Hz至10kHz为25µV P - P

外部参考

• 输入电压差分：2.048V
• 绝对输入电压范围： - 2.2至 + 2.2V
• 50Hz和60Hz正常模式噪声抑制：内部时钟模式和外部时钟模式（fCLK = 4.9152MHz）下均为±2%，抑制能力为100 - 120dB。
• 50Hz和60Hz共模噪声抑制：对于50Hz和60Hz ±2%，RSOURCE < 10kΩ时为150dB，直流时为100dB。
• 输入泄漏电流：10nA
• 输入电容：10pF
• 平均动态输入电流： - 20至 + 20nA

电荷泵

输出电压： - 2.60至 - 2.30V

数字输入

• 输入电流： - 10至 + 10µA
• 输入低电压：MAX1499为0.3 x DVDD，MAX1497为0.3 x VDD
• 输入高电压：MAX1499为0.7 x DVDD，MAX1497为0.7 x VDD
• 输入滞后：200mV

数字输出

• 输出低电压：0.4V
• 输出高电压：I SOURCE = 200µA时，MAX1499为0.8 x DVDD，MAX1497为0.8 x VDD
• 三态泄漏电流： - 1至 + 1µA
• 三态输出电容：15pF

电源

• VDD电压：MAX1497为2.70至5.25V，MAX1499为2.70至5.25V
• 电源抑制比：PSRR为80dB，PSRR A为80dB，PSRR D为100dB
• VDD电流：VDD = 5.25V时最大为744µA，VDD = 3.3V时为618 - 663µA，待机模式下为268 - 325µA
• AVDD电流：AVDD = 5.25V时最大为640µA，AVDD = 3.3V时为600µA，待机模式下为305µA
• DVDD电流：DVDD = 5V时最大为320µA，DVDD = 3.3V时为180µA，待机模式下为20µA
• LED驱动偏置电流：120µA

LED驱动

• LED电源电压：2.70至5.25V
• LED关断电源电流：10µA
• LED电源电流：七段和小数点开启，R ISET = 25kΩ时为176mA
• 显示扫描速率：MAX1499为512Hz，MAX1497为640Hz
• 段电流斜率：25mA/µs
• DIG电压低：I DIG = 176mA时为0.178 - 0.300V
• 段驱动源电流匹配：±3 - ±10%
• 段驱动源电流：V LED - V SEG = 0.6V，R ISET = 25kΩ时为16 - 25.5mA
• 位间消隐时间：4µs

工作原理

模拟输入保护

内部保护二极管限制了模拟输入范围，MAX1499为VNEG至（AVDD + 0.3V），MAX1497为VNEG至（VDD + 0.3V）。若模拟输入超出此范围，需将输入电流限制在10mA以内。

内部模拟输入/参考缓冲器

允许使用高阻抗信号源，输入缓冲器的共模输入范围使模拟输入和参考电压可在 - 2.2V至 + 2.2V之间。

调制器

采用单比特、三阶Sigma - Delta调制器进行模数转换，将输入信号转换为数字脉冲序列，其平均占空比代表数字化信号信息。调制器以远高于输入带宽的采样率对输入信号进行量化，并提供三阶频率整形，以减少量化噪声。

数字滤波

内置片上数字低通滤波器，采用SINC4响应处理调制器输出的数据流。SINC4滤波器的建立时间为四个输出数据周期（4 x 200ms），对50Hz和60Hz噪声的抑制能力超过100dB。

时钟模式

可配置为使用内部振荡器或外部时钟驱动调制器和滤波器。设置控制寄存器中的EXTCLK位为0使用内部时钟，设置为1使用外部时钟。

电荷泵

内部电荷泵为内部模拟输入/参考缓冲器提供负电源，允许设备接受高源阻抗的负输入。

LED驱动

MAX1499具有4.5位共阴极显示驱动器，MAX1497具有3.5位共阴极显示驱动器。LED更新速率为2.5Hz，可自动显示ADC结果，也可通过串行接口独立控制。

应用信息

串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE串行接口由片选（CS）、串行时钟（SCLK）、数据输入（DIN）、数据输出（DOUT）和异步EOC输出组成。EOC提供异步转换结束信号，周期为200ms（fCLK = 4.9152MHz）。

片上寄存器

包含12个片上寄存器，用于配置设备的各种功能，可独立读取ADC结果并写入LED显示。

控制和状态寄存器

• 命令字节：用于指定寄存器地址和读写操作。
• 状态寄存器：包含转换结果的状态标志。
• 控制寄存器：设置LED显示控制、范围模式、电源模式、偏移校准和复位寄存器功能。
• 过范围寄存器：设置模拟输入的过范围限制。
• 欠范围寄存器：设置模拟输入的欠范围限制。
• LED段显示寄存器：控制LED段的显示。
• ADC自定义偏移校准寄存器：提供用户自定义的偏移校准。
• ADC结果寄存器：存储ADC转换结果。
• LED数据寄存器：更新LED显示数据。
• 峰值寄存器：存储ADC转换结果的峰值。

应用场景

• 应变计测量：将MAX1497/MAX1499的差分输入连接到应变计的桥接网络，可测量±200mV和±2V的模拟输入电压。
• 热电偶测量：利用片上输入缓冲器，可处理高源阻抗的热电偶信号，并通过外部温度传感器进行冷端温度补偿。

设计建议

电源和布局

在施加模拟输入和外部参考电压之前，先对AVDD和DVDD（MAX1499）或VDD（MAX1497）进行上电。若无法做到，需将这些输入的电流限制在50mA以内。当模拟和数字电源来自同一源时，使用低值电阻（10Ω）或铁氧体磁珠隔离数字电源和模拟电源。将MAX1497/MAX1499接地到电路板的模拟接地平面，避免在设备下方运行数字线路，以减少数字噪声的耦合。

去耦

使用0.1µF陶瓷电容对电源进行去耦，将这些组件尽可能靠近设备放置，以实现最佳去耦效果。

段电流选择

通过ISET到地的电阻设置每个LED段的电流，可使用公式(I{SEG}=(frac{1.25V}{R{ISET}})×400)进行计算。

选择电源电压以最小化功耗

当使用至少3.0V的电源电压时，MAX1497/MAX1499可向LED驱动25.5mA的峰值电流。为确保驱动有足够的余量，需根据LED的正向电压降选择合适的电源电压。

总结

MAX1497/MAX1499是一款功能强大、性能优越的单芯片ADC，具有高分辨率、低功耗、宽温度范围等优点，适用于各种数字仪表和测量应用。在设计过程中，工程师们需根据具体需求合理选择输入范围、参考电压、时钟模式等参数，并注意电源、布局和去耦等方面的设计，以确保设备的稳定运行和高精度测量。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。