探索MAX146/MAX147：低功耗8通道12位串行ADC的卓越性能

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。今天，我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX146/MAX147，这两款+2.7V低功耗、8通道、串行12位ADC，它们在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

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1. 产品概述

MAX146/MAX147是12位数据采集系统，集成了8通道多路复用器、高带宽跟踪/保持电路和串行接口，具备高转换速度和低功耗的特点。其中，MAX146工作于+2.7V至+3.6V单电源，而MAX147则可在+2.7V至+5.25V单电源下工作。这两款器件的模拟输入可通过软件配置为单极性/双极性以及单端/差分操作模式。

它们采用4线串行接口，可直接与SPI™/QSPI™和MICROWIRE™设备连接，无需外部逻辑。串行选通输出还能直接连接到TMS320系列数字信号处理器。此外，MAX146/MAX147可使用内部时钟或外部串行接口时钟进行逐次逼近式模数转换。

2. 关键特性

2.1 输入通道与模式

• 多通道输入：提供8通道单端或4通道差分输入，满足不同应用场景下的信号采集需求。
• 软件配置：模拟输入可软件配置为单极性或双极性模式，灵活适应各种信号类型。

2.2 电源与功耗

• 单电源供电：MAX146工作电压范围为+2.7V至+3.6V，MAX147为+2.7V至+5.25V，方便与不同电源系统集成。
• 低功耗设计：在不同采样率下，功耗表现出色。例如，在133ksps、3V电源时，电流为1.2mA；在1ksps、3V电源时，电流仅为54µA；在掉电模式下，电流低至1µA。

2.3 接口兼容性

• 串行接口：4线串行接口与SPI/QSPI/MICROWIRE/TMS320兼容，便于与各种微处理器和数字信号处理器连接。

2.4 封装形式

提供20引脚DIP和SSOP封装，方便不同的PCB布局和安装需求。

3. 电气特性

3.1 直流精度

• 分辨率：12位分辨率，能够精确地将模拟信号转换为数字信号。
• 相对精度：不同型号的相对精度有所差异，如MAX14_A的INL为±0.5 LSB，MAX14_B为±1.0 LSB，MAX147C为±2.0 LSB。
• 无失码：保证了12位的无失码性能，确保转换结果的准确性。

3.2 动态特性

• 信号噪声比：在10kHz正弦波输入、133ksps采样率、2.0MHz外部时钟、双极性输入模式下，MAX14_A/MAX14_B的SINAD为70 - 73dB，MAX147C为73dB。
• 总谐波失真：THD在不同型号下表现良好，如MAX14_A/MAX14_B的THD在5次谐波以内可达 - 88至 - 80dB，MAX147C为 - 88dB。
• 无杂散动态范围：SFDR方面，MAX14_A/MAX14_B为80 - 90dB，MAX147C为90dB。

3.3 转换速率

转换时间根据不同的时钟模式和条件有所不同。例如，内部时钟、SHDN = FLOAT时，转换时间为5.5 - 7.5µs；内部时钟、SHDN = VDD时，转换时间为35 - 65µs；外部时钟 = 2MHz、12时钟/转换时，转换时间为6µs。

4. 工作原理与应用

4.1 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+内部连接到CH0 - CH7，IN - 连接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 从CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5、CH6/CH7中选择。在转换过程中，输入信号通过跟踪/保持电路进行采样和转换。

4.2 跟踪/保持

跟踪/保持电路在控制字的第5位移入后进入跟踪模式，第8位移入后进入保持模式。其采集时间与输入信号的源阻抗有关，计算公式为 (tACQ = 9 times (RS + RIN) × 16 pF)，其中 (RIN = 9 kΩ)，RS为输入信号的源阻抗，且tACQ不小于1.5µs。

4.3 应用场景

• 便携式数据记录：低功耗特性使其适合用于便携式设备的数据采集和记录。
• 医疗仪器：高精度和低功耗满足医疗设备对信号采集的要求。
• 电池供电仪器：低功耗设计延长了电池的使用寿命。
• 笔式数字化仪：能够准确采集模拟信号，实现数字化转换。
• 过程控制：可用于工业过程中的信号监测和控制。

5. 设计要点

5.1 电源与接地

• 电源旁路：为了减少电源噪声对ADC的影响，需要在VDD引脚附近使用0.1µF和1µF的电容进行旁路。
• 接地设计：采用单点模拟接地（星型接地），将模拟地和数字地分开，减少干扰。

5.2 时钟模式选择

• 外部时钟模式：适用于需要精确控制转换速度的应用，但要求串行时钟频率不低于100kHz，且避免时钟中断导致转换间隔超过120µs。
• 内部时钟模式：MAX146/MAX147内部生成转换时钟，减轻了微处理器的负担，可在0MHz至2MHz的任意时钟速率下读取转换结果。

5.3 参考电压

• 内部参考（MAX146）：MAX146具有内部2.5V参考，可通过REFADJ引脚进行±1.5%的电压调整。
• 外部参考：MAX147需要外部参考，可将外部参考连接到VREF或REFADJ引脚。外部参考的温度系数应不超过4ppm/°C，以确保在0°C至+70°C的商业温度范围内达到1LSB的精度。

6. 总结

MAX146/MAX147作为低功耗、高集成度的8通道12位串行ADC，在性能和灵活性方面表现出色。其丰富的特性和广泛的应用场景使其成为电子工程师在设计数据采集系统时的理想选择。在实际应用中，合理选择电源、时钟模式和参考电压，以及优化PCB布局和接地设计，能够充分发挥这两款ADC的性能优势。你在使用类似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。