MAX1034/MAX1035：8/4通道、±VREF多量程输入串行14位ADC

在电子设计领域，模拟到数字的转换是至关重要的一环。今天，我们来深入探讨MAXIM公司的两款出色的ADC产品——MAX1034和MAX1035。这两款14位逐次逼近型ADC，具有多量程、低功耗等特点，在工业控制、数据采集等领域有着广泛的应用。

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一、产品概述

MAX1034/MAX1035是由MAXIM推出的多量程、低功耗14位逐次逼近型模拟 - 数字转换器（ADC）。它们采用单 +5V 电源供电，最高吞吐量可达115ksps。同时，独立的数字电源允许其与2.7V至5.25V的系统进行数字接口，通过SPI - /QSPI™ - /MICROWIRE®兼容的串行接口实现通信。

1. 通道配置

• MAX1034：提供8个单端或4个真差分模拟输入通道。
• MAX1035：提供4个单端或2个真差分模拟输入通道。

2. 输入范围

每个模拟输入通道都可以通过软件独立编程，支持七种单端输入范围（0V至 +VREF/2、 -VREF/2至0V、0V至 +VREF、 -VREF至0V、±VREF/4、±VREF/2和±VREF）和三种差分输入范围（±VREF/2、±VREF和±2 x VREF）。

3. 参考电压

芯片内部集成了 +4.096V 的参考电压，也可以接受3.800V至4.136V的外部参考电压。

4. 封装与工作温度

MAX1034采用24引脚TSSOP封装，MAX1035采用20引脚TSSOP封装，两款器件的工作温度范围均为 -40°C至 +85°C。

二、电气特性

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。例如，电源电压的范围在 -0.3V至 +6V之间，各引脚的电压和电流也有相应的限制。在设计电路时，必须确保所有参数都在额定值范围内，否则可能会对器件造成永久性损坏。

2. 直流精度

• 分辨率：14位，能够提供较高的精度。
• 积分非线性（INL）：±0.25至±1 LSB。
• 差分非线性（DNL）：无丢失码，±1 LSB。

3. 动态特性

• 信噪比（SNR）：在不同的输入范围和采样率下，SNR表现良好，最高可达84.5dB。
• 总谐波失真（THD）： -98dB，保证了信号的纯净度。

4. 转换速率

根据不同的工作模式（外部时钟模式、外部采集模式和内部时钟模式），转换速率有所不同，最高可达115ksps。

5. 模拟输入特性

• 带宽：小信号带宽为2MHz，全功率带宽为700kHz，能够满足大多数应用的需求。
• 输入范围：支持多种单端和差分输入范围，并且具有±6V的过压耐受能力。

6. 参考电压特性

内部参考电压为4.096V，温度系数为±30ppm/°C。外部参考电压范围为3.800V至4.136V。

7. 数字输入输出特性

数字输入输出引脚具有特定的电压和电流要求，例如输入高电压为0.7 x VDVDDO，输入低电压为0.3 x VDVDDO等。

8. 电源要求

需要多个电源供电，包括模拟电源AVDD1、AVDD2，数字电源DVDD、DVDDO等。每个电源都有相应的电压范围和典型电流消耗。

三、典型工作特性

通过一系列的图表展示了不同参数之间的关系，如电源电流与电源电压、转换速率的关系，增益漂移和偏移漂移与温度的关系等。这些特性曲线可以帮助工程师更好地了解器件在不同工作条件下的性能，从而优化电路设计。

四、引脚描述

详细介绍了每个引脚的功能，包括电源引脚、模拟输入引脚、数字输入输出引脚等。例如，AVDD1是模拟电源电压1，需要连接到 +4.75V至 +5.25V的电源，并通过0.1µF的电容旁路到AGND1。在设计PCB时，必须根据引脚功能正确连接各个引脚，以确保器件正常工作。

五、详细描述

1. 转换器操作

采用全差分、逐次逼近寄存器（SAR）转换技术和片上跟踪保持（T/H）电路，将电压信号转换为14位数字结果。支持单端和差分配置，具有可编程的单极性和双极性信号范围。

2. 跟踪保持电路

采用开关电容T/H架构，允许将模拟输入信号作为电荷存储在采样电容上。不同的工作模式下，T/H的时序和采样时刻有所不同。

3. 模拟输入电路

模拟输入可以通过写入模拟输入配置字节单独配置为差分或单端转换。输入信号源需要能够驱动6kΩ的输入电阻。模拟输入具有±6V的故障耐受能力，通过背对背二极管进行保护。

4. 模拟输入带宽

输入跟踪电路具有1.5MHz的小信号带宽，能够数字化高速瞬态事件。但在数字化高于15kHz的信号频率时，谐波失真会增加。

5. 模拟输入范围和故障耐受

每个模拟输入通道可以独立编程为不同的输入范围，并且具有±6V的故障耐受能力。任何超出满量程范围但在±6V故障耐受范围内的电压，都会导致该通道输出满量程电压。

6. 差分共模范围

差分共模范围（VCMDR）必须保持在 -4.75V至 +5.5V之间，以获得有效的转换结果。

六、数字接口

采用SPI/QSPI和MICROWIRE兼容的串行接口，支持双向通信。通过该接口可以选择输入通道配置、输入范围、工作模式，启动转换并读取结果。

1. 芯片选择（CS）

CS引脚用于启用与MAX1034/MAX1035的通信。当CS为低电平时，数据在SCLK的上升沿从DIN输入到器件，在SCLK的下降沿从DOUT输出。

2. 串行选通输出（SSTRB）

SSTRB引脚在ADC完成转换后变为高电平，指示结果可以被读取。在外部时钟模式下，SSTRB始终为低电平。

3. 起始位

通信通过三种输入数据字格式进行，每个数据字以起始位开始。起始位的定义与数据转换状态和工作模式有关。

4. 输出数据格式

输出数据以偏移二进制格式在SCLK的下降沿从DOUT输出，最高有效位（MSB）优先。

七、模式控制

通过模式控制字节选择转换方法和控制电源模式，包括外部时钟模式、外部采集模式、内部时钟模式、复位、部分掉电和完全掉电模式。

1. 选择转换方法

• 外部时钟模式（模式0）：最高的最大吞吐量，用户控制采样时刻，CS在转换期间保持低电平。
• 外部采集模式（模式1）：最低的最大吞吐量，用户控制采样时刻，在转换期间可以释放处理器负载。
• 内部时钟模式（模式2）：较高的最大吞吐量，内部时钟控制采样时刻，在转换期间可以释放处理器负载。

2. 复位（模式4）

将器件复位到默认条件，即全功率运行，每个通道配置为±VREF、双极性、单端转换，使用外部时钟模式。

3. 部分掉电模式（模式6）

除参考电压发生器和偏置电源外，所有模拟部分都掉电。

4. 完全掉电模式（模式7）

所有模拟部分都掉电，总电源电流降至1µA（典型值）。

八、内部或外部参考

可以使用内部或外部参考电压。内部参考为4.096V的带隙参考，使用时需要将REFCAP和REF通过电容旁路到AGND1。外部参考时，将REFCAP连接到AVDD1，REF接受外部参考电压。

九、应用信息

1. 降噪

通过过采样可以减少转换结果中的过渡噪声影响，采样次数的平方根决定了性能的改善程度。

2. 与4 - 20mA信号接口

可以将4 - 20mA信号转换为适合MAX1034/MAX1035输入的电压信号，用于二进制开关或精密通信应用。

3. 电桥应用

在电桥应用中，MAX1034/MAX1035比类似的Σ - Δ转换器更能准确地转换1kHz信号。对于不能容忍输入阻抗影响的应用，可以对输入进行缓冲。

4. 动态调整输入范围

通过软件控制每个通道的模拟输入范围，可以动态改变输入范围，提高某些应用的性能。

5. 布局、接地和旁路

PCB布局对于系统性能至关重要。应使用独立的模拟和数字接地平面，避免模拟和数字线路平行或数字线路在器件封装下方。同时，对电源进行适当的旁路电容配置，以减少噪声影响。

十、参数定义

对一些重要的参数进行了定义，如积分非线性（INL）、差分非线性（DNL）、过渡噪声、通道间隔离等。了解这些参数的含义和计算方法，有助于准确评估器件的性能。

综上所述，MAX1034/MAX1035是两款功能强大的ADC产品，具有多量程、低功耗、高精度等优点。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择工作模式、输入范围和参考电压，同时注意PCB布局和电源管理，以充分发挥器件的性能。大家在使用过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。