探索MAX154/MAX158和MX7824/MX7828：高速8位ADC的卓越性能

在电子设计领域，高速、高精度的模拟 - 数字转换器（ADC）是实现高效数据采集和处理的关键组件。今天，我们将深入探讨MAXIM公司的MAX154/MAX158和MX7824/MX7828这两款高速8位ADC，揭开它们的神秘面纱。

文件下载：MX7828LN+.pdf

一、产品概述

MAX154/MAX158和MX7824/MX7828属于高速、多通道的模拟 - 数字转换器。其中，MAX154和MX7824具备四个模拟输入通道，而MAX158和MX7828则拥有八个通道。所有设备的转换时间仅为2.5µs，且MAX154/MAX158还配备了2.5V的片上参考，构成了一个完整的高速数据采集系统。

这些转换器内置了跟踪/保持功能，无需为许多输入信号额外配备外部跟踪/保持电路。其模拟输入范围为0V至 +5V，且仅需单一的 +5V电源即可工作。此外，它们的微处理器接口十分简单，可直接作为内存位置或I/O端口，无需外部逻辑。数据输出采用锁存的三态缓冲电路，能直接连接到微处理器数据总线或系统输入端口。值得一提的是，MX7824和MX7828与Analog Devices的AD7824和AD7828引脚兼容，MAX154和MAX158（具备内部参考）也与这些产品兼容。

二、产品特性

2.1 单芯片数据采集系统

集成度高，将多个功能集成在一个芯片上，减少了外部元件的使用，提高了系统的可靠性和稳定性。

2.2 多通道输入

提供四个或八个模拟输入通道，可满足不同应用场景下对多信号采集的需求。

2.3 高速转换

每个通道的转换时间仅为2.5µs，能够快速准确地将模拟信号转换为数字信号，适用于对实时性要求较高的应用。

2.4 内部参考

MAX154/MAX158具备内部2.5V参考，无需外部参考源，简化了电路设计。

2.5 内置跟踪/保持功能

内置的跟踪/保持功能可有效减少信号失真，确保转换的准确性。

2.6 高精度

误差规格为1/2LSB，保证了转换结果的高精度。

2.7 单电源供电

仅需单一的 +5V电源，降低了电源设计的复杂度。

2.8 无需外部时钟

减少了外部时钟电路的设计，降低了成本和干扰。

2.9 节省空间的封装

采用新的SSOP封装，节省了电路板空间，适合小型化设计。

三、应用领域

这些ADC广泛应用于多个领域，包括：

• 数字信号处理：在数字信号处理系统中，高速准确的ADC是实现信号处理的基础。
• 高速数据采集：可快速采集大量的模拟信号，满足高速数据采集的需求。
• 电信：在通信系统中，用于信号的采集和处理，确保通信的准确性和稳定性。
• 高速伺服控制：为伺服控制系统提供精确的反馈信号，实现高速、精确的控制。
• 音频仪器：在音频设备中，用于音频信号的采集和处理，保证音频质量。

四、电气特性

4.1 精度

• 分辨率：8位分辨率，能够提供足够的精度来满足大多数应用需求。
• 总未调整误差：MAX15_A、MX782_L/C/U的误差为±1/2 LSB，MAX15_B、MX782_K/B/T的误差为±1 LSB。
• 无缺失码分辨率：8位，确保转换结果的准确性。
• 通道间失配：±1/4 LSB，保证各通道之间的一致性。

4.2 参考输入

• 参考电阻：1 - 4 kΩ。
• VREF + 输入电压范围：VREF - 至VDD。
• VREF - 输入电压范围：GND至VREF +。

4.3 参考输出（仅MAX154/MAX158）

• 输出电压：在TA = +25°C时，为2.47 - 2.53V。
• 负载调节：在IL = 0mA至10mA，TA = +25°C时，为 -6至 -10mV。
• 电源灵敏度：在VDD ±5%，TA = +25°C时，为±1至±3mV。
• 温度漂移：不同型号的温度漂移范围有所不同，如MAX15_C为40 - 70 ppm/°C。
• 输出噪声：200µV/rms。
• 电容负载：0.01µF。

4.4 模拟输入

• 模拟输入电压范围：VREF - 至VREF +。
• 模拟输入电容：45pF。
• 模拟输入电流：任何通道，AIN = 0V至5V时，为±3µA。
• 跟踪转换速率：0.7 - 0.157V/µs。

4.5 逻辑输入

• 输入高电压：2.4V。
• 输入低电压：0.8V。
• 输入高电流：1µA。
• 输入低电流： -1µA。
• 输入电容：5 - 8pF。

4.6 逻辑输出

• 输出高电压：DB0 - DB7、–I - N - T–；IOUT = -360µA时，为4.0V。
• 输出低电压：DB0 - DB7、–I - N - T–；RDY，IOUT = 1.6mA时，为0.4V；IOUT = 2.6mA时，也为0.4V。
• 三态输出电流：DB0 - DB7、RDY；VOUT = 0V至VDD时，为±3µA。
• 输出电容：5 - 8pF。

4.7 电源

• 电源电压：5V ±5%，以确保指定的性能。
• 电源电流：–C - S– = –R - D– = 2.4V时，为15mA。
• 功耗：25 - 75mW。
• 电源灵敏度：VDD = ±5%时，为±1/16至±1/4 LSB。

五、时序特性

不同型号和条件下，各时序参数有所不同。例如，–C - S–到–R - D–的建立时间和保持时间均为0ns；多路复用器地址建立时间为0ns，保持时间在30 - 40ns之间；转换时间（模式0）在1.6 - 2.8µs之间等。这些时序参数对于确保ADC与其他设备的协同工作至关重要。

六、典型工作特性

6.1 参考温度漂移

参考输出电压会随温度变化而产生漂移，不同型号的漂移特性有所差异。

6.2 电源电流与温度关系

电源电流会随着温度的变化而变化，了解这种关系有助于优化电源设计。

6.3 精度与转换间隔的关系

转换间隔时间会影响ADC的精度，合理设置转换间隔可以提高系统的性能。

七、引脚描述

详细介绍了MAX154/MX7824和MAX158/MX7828的引脚功能，包括模拟输入通道、参考输出、数据输出、控制输入等引脚。例如，AIN1 - AIN8为模拟输入通道；REF OUT TP在MAX154/MAX158中为2.5V参考输出，在MX7824/MX7828中为测试点；DB0 - DB7为三态数据输出等。

八、详细工作原理

8.1 转换操作

采用“半闪存”转换技术，利用两个4位闪存ADC部分实现8位转换结果。上4位（MS）闪存ADC通过15个比较器将未知输入电压与参考梯形进行比较，提供上四位数据位。内部DAC利用MS位生成模拟信号，剩余电压由15个LS（最低有效）闪存比较器与参考梯形进行比较，得到下四位输出位。

8.2 操作序列

转换由RD和CS的下降沿触发。比较器输入在约1µs内跟踪模拟输入电压，之后MS闪存结果锁存到输出缓冲区，LS转换开始。约600ns后，INT变低，指示转换结束，下四位数据锁存到输出缓冲区，此时可通过CS和RD输入访问数据。

九、数字接口

9.1 控制输入

仅使用片选（CS）和读取（RD）作为控制输入。读取操作（CS和RD置低）会锁存多路复用器地址输入并启动转换。

9.2 接口模式

• 模式0：适用于可进入WAIT状态的微处理器。RD保持低电平直到转换结束，转换开始后数据输出保持高阻态，转换完成后数据可读。有中断（INT）和就绪（RDY）两个状态输出，RDY为开漏输出，转换结束时变为高阻态；INT转换完成时变低，CS或RD上升沿时变高。
• 模式1：适用于无需微处理器进入WAIT状态的应用。读取操作同时启动转换并读取上一次转换结果，INT在CS或RD上升沿变高，转换结束时变低，需要第二次读取操作读取本次转换结果，两次读取操作之间需间隔2.5µs。

十、模拟考虑因素

10.1 参考和输入

VREF + 和VREF - 输入定义了ADC的零和满量程。对于MAX154/MAX158，需使用0.01µF旁路电容到GND以降低内部参考的高频输出阻抗。

10.2 旁路

VDD引脚需使用47µF电解电容和0.1µF陶瓷电容旁路到GND，参考输入若由长线驱动，需在参考输入引脚使用0.1µF电容旁路到GND。

10.3 输入电流

转换器的模拟输入与传统ADC有所不同，采样数据比较器在不同周期会从输入获取不同电流。输入可建模为等效RC网络，源阻抗过大会导致建立误差，因此驱动转换器输入的放大器需在约1MHz处有足够的环路增益以保持低输出阻抗。

10.4 输入滤波

采样数据比较器引起的模拟输入瞬变不会影响转换器性能，因为ADC在瞬变发生时不采样输入，无需在AIN端子使用外部电容滤波。

10.5 正弦输入

MAX154/MAX158和MX7824/MX7828可测量高达157mV/µs的输入信号，在无外部跟踪/保持的情况下，模拟输入频率可达10kHz。最大采样率受转换时间和转换间隔时间限制，MAX158/MX7828每通道最大采样率为50kHz，MAX154/MX7824每通道为100kHz，高于10kHz输入带宽的奈奎斯特采样率要求。

10.6 双极性输入操作

可使用特定电路实现双极性输入操作，输入电压通过放大器缩放，MX7824/MX7828需使用外部参考，模拟输入范围为±4V，输出代码为互补偏移二进制。

十一、订购信息

提供了不同型号的温度范围、引脚封装和误差规格等信息，方便工程师根据实际需求选择合适的产品。

综上所述，MAX154/MAX158和MX7824/MX7828以其高速、高精度、多通道等特性，为电子工程师在数据采集和处理领域提供了强大的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择和使用这些ADC，以实现最佳的系统性能。大家在使用这些ADC的过程中，是否遇到过一些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。