MAX1193：超低功耗、45Msps 双 8 位 ADC 的卓越之选

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们来深入了解一款优秀的 ADC 产品——MAX1193，它由 MAXIM 公司推出，具有超低功耗、高性能等诸多优点，适用于多种应用场景。

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产品概述

MAX1193 是一款超低功耗、双路、8 位、45Msps 的 ADC。它具备两个全差分宽带跟踪保持（T/H）输入，输入带宽高达 440MHz，可接受全差分或单端信号。在输入频率为 5.5MHz、采样率为 45Msps 的条件下，典型的信噪失真比（SINAD）可达 48.5dB，而功耗仅为 57mW。该 ADC 的模拟电源电压范围为 2.7V 至 3.6V，数字输出驱动器则由 1.8V 至 3.6V 的独立电源供电。此外，MAX1193 还具有三种掉电模式，可在空闲期间节省功耗。其出色的动态性能、超低功耗和小巧的尺寸，使其非常适合成像、仪器仪表和数字通信等应用。

关键特性

超低功耗

• 正常工作模式：在 45Msps 的采样率下，功耗仅为 57mW。
• 关机模式：功耗低至 0.3µW，能有效节省能源。

卓越的动态性能

• 信噪比（SNR）：在输入频率 (f{IN}=5.5 MHz) 时，SNR 为 48.5dB；在 (f{IN}=100 MHz) 时，SNR 为 48.3dB。
• 无杂散动态范围（SFDR）：在 (f{IN}=5.5 MHz) 时，SFDR 为 70dBc；在 (f{IN}=100 MHz) 时，SFDR 为 68dBc。

灵活的电源和输入配置

• 电源：2.7V 至 3.6V 的单模拟电源，1.8V 至 3.6V 的 TTL/CMOS 兼容数字输出。
• 输入：全差分或单端模拟输入，满足不同应用需求。

参考选项

提供内部/外部参考选项，可根据应用的精度要求灵活选择。

输出特性

采用复用的 CMOS 兼容三态输出，数字输出格式为偏移二进制。

封装和评估套件

采用 5mm × 5mm、28 引脚的薄型 QFN 封装，尺寸小巧。同时，还提供评估套件（MAX1193EVKIT），方便工程师进行测试和开发。

电气特性

直流精度

• 分辨率：8 位。
• 积分非线性（INL）：±0.16 至 ±1.00 LSB。
• 差分非线性（DNL）：在整个温度范围内无丢失码，±0.15 至 ±1.00 LSB。
• 偏移误差：在不同温度下有相应的误差范围。
• 增益误差：排除 REFP - REFN 误差后，为 ±2 %FS。
• 直流增益匹配：±0.01 至 ±0.2 dB。
• 增益温度系数：±30 ppm/°C。
• 电源抑制比：在电源电压 ±5% 变化时，偏移和增益的变化在一定范围内。

模拟输入

• 差分输入电压范围：±0.512 V。
• 共模输入电压范围：VDD / 2 V。
• 输入电阻：120 kΩ。
• 输入电容：5 pF。

转换速率

最大时钟频率为 45 MHz，通道 A 和通道 B 的数据延迟分别为 5.0 和 5.5 个时钟周期。

动态特性

包括 SNR、SINAD、SFDR、HD3、THD 等指标，在不同输入频率下表现出色。

内部参考

内部参考输出电压稳定，具有一定的温度系数和源/吸收电流能力。

数字输入和输出

数字输入有相应的高低阈值和滞后，数字输出有电压高低和三态泄漏电流等特性。

电源要求

模拟电源电压范围为 2.7V 至 3.6V，数字输出电源电压为 1.8V 至 VDD。

定时特性

包括时钟上升/下降到输出数据有效时间、输出使能/禁用时间、时钟占空比和唤醒时间等。

通道间特性

串扰抑制、幅度匹配和相位匹配等指标良好。

典型工作特性

通过一系列图表展示了 SNR、SINAD、THD、SFDR 等指标与模拟输入频率、模拟输入功率、采样率、时钟占空比等因素的关系，为工程师在不同工作条件下的设计提供了参考。

引脚描述

详细介绍了每个引脚的功能，包括模拟输入引脚、时钟输入引脚、电源引脚、数字输出引脚等，工程师在进行电路设计时可根据引脚功能进行合理连接。

详细工作原理

管道架构

MAX1193 采用七级全差分管道架构，每半个时钟周期，输入样本在管道阶段逐步移动。经过输出锁存器的延迟后，通道 A 的总时钟周期延迟为 5 个时钟周期，通道 B 为 5.5 个时钟周期。在每个阶段，闪存 ADC 将保持的输入电压转换为数字代码，DAC 将数字化结果转换回模拟电压，与原始输入信号相减，误差信号乘以 2 后传递到下一阶段，数字误差校正可补偿 ADC 比较器偏移，确保无丢失码。

输入跟踪保持（T/H）电路

在跟踪模式下，通过一系列开关操作，将输入信号采样到电容上，放大器将电容充电到相同值，然后将这些值提供给第一级量化器，隔离管道与快速变化的输入。输入 T/H 放大器具有宽输入带宽，可跟踪和采样/保持高频模拟输入。

模拟输入和参考配置

MAX1193 的满量程模拟输入范围为 ±VREF，共模输入范围为 VDD/2 ±0.2V。提供三种参考操作模式：

• 内部参考模式：REFIN 连接到 VDD 或不连接，VREF 内部生成，COM、REFP 和 REFN 为低阻抗输出。
• 缓冲外部参考模式：REFIN 施加 1.024V ±10% 的参考电压，VREF 内部生成，各引脚需进行相应的旁路电容连接。
• 无缓冲外部参考模式：REFIN 连接到 GND，REFP、REFN 和 COM 由外部参考源驱动。

时钟输入

CLK 接受 CMOS 兼容信号电平，时钟抖动对 SNR 性能有影响，尤其是在欠采样应用中。时钟输入应作为模拟输入处理，远离其他模拟输入或数字信号线，且时钟占空比为 50% ±10%。

系统定时要求

时钟上升沿同时采样通道 A 和通道 B，输出数据进行复用。通道 A 数据在时钟上升沿更新，通道 B 数据在时钟下降沿更新，A/B 指示器跟随时钟有一定延迟。数字输出数据采用偏移二进制编码，为避免影响动态性能，数字输出的电容负载应尽量低。

电源模式

MAX1193 有四种电源模式，由 PD0 和 PD1 控制：

• 关机模式：关闭所有模拟部分，输出为三态，唤醒时间取决于充电电容，通常为 20µs。
• 待机模式：参考和时钟分配电路供电，管道 ADC 未供电，输出为三态，唤醒时间为 2.6µs。
• 空闲模式：管道 ADC、参考和时钟分配电路供电，输出为三态，唤醒时间为 5ns。
• 正常工作模式：所有部分均供电。

应用信息

输入驱动电路

• 直流耦合差分输入驱动：适用于 RF 正交解调器与高速 ADC 之间的模拟接口，可提供所需的 SINAD 和 SFDR，RISO 用于隔离运算放大器输出与 ADC 电容输入，CIN 用于过滤高频噪声。
• 变压器耦合输入驱动：RF 变压器可将单端源信号转换为全差分信号，中心抽头连接到 COM 可提供 VDD/2 的直流电平偏移，可选择升压变压器以降低驱动要求。
• 单端交流耦合输入信号：使用如 MAX4108 等放大器可保持输入信号的完整性。

参考驱动

• 缓冲外部参考驱动多个 ADC：可实现对参考电压的更多控制，一个参考电路可轻松驱动多个转换器的 REFIN。
• 无缓冲外部参考驱动多个 ADC：可精确控制参考，多个转换器可使用公共参考，通过外部参考源直接驱动 REFP、REFN 和 COM。

典型 QAM 解调应用

在数字通信中，QAM 信号在发射端通过调制基带信号和上变频生成，在接收端使用 MAX1193 双匹配 3V、8 位 ADC 和 MAX2451 正交解调器进行解调，混合后的信号可通过匹配的模拟滤波器过滤，以提高 SNR 性能和减少符号间干扰。

接地、旁路和电路板布局

MAX1193 需要高速电路板布局设计技术，旁路电容应尽量靠近器件，使用表面贴装器件以降低电感。多层电路板采用分离的接地和电源平面可提高信号完整性，模拟地和数字输出驱动器地应分开，通过单点连接，连接点可通过实验确定。高速数字信号迹线应远离敏感模拟迹线，模拟输入线应隔离以减少通道间串扰，信号线应短且避免 90°转弯。

参数定义

静态参数

• 积分非线性（INL）：实际传输函数值与直线的偏差。
• 差分非线性（DNL）：实际步长与理想 1LSB 值的差异。
• 偏移误差：测量的转换点与理想转换点的偏差。
• 增益误差：去除偏移误差后，测量的转换点与理想转换点的偏差。

动态参数

• 孔径抖动：采样延迟的样本间变化。
• 孔径延迟：采样时钟上升沿与实际采样时刻之间的时间。
• 信噪比（SNR）：RMS 信号与 RMS 噪声的比值。
• 信噪失真比（SINAD）：RMS 信号与 RMS 噪声的比值，噪声包括除基波和直流偏移外的所有频谱分量。
• 有效位数（ENOB）：指定 ADC 在特定输入频率和采样率下的动态性能。
• 总谐波失真（THD）：输入信号前五次谐波的 RMS 总和与基波的比值。
• 三次谐波失真（HD3）：三次谐波分量的 RMS 值与基波输入信号的比值。
• 无杂散动态范围（SFDR）：基波（最大信号分量）的 RMS 幅度与下一个最大杂散分量的 RMS 值的比值。
• 互调失真（IMD）：两个输入音调存在时，互调产物的总功率与总输入功率的比值。
• 三阶互调（IM3）：两个输入音调存在时，最差三阶互调产物的功率与任一输入音调输入功率的比值。
• 电源抑制：电源电压 ±5% 变化时，偏移和增益误差的变化。
• 小信号带宽：小 -20dB FS 模拟输入信号下，数字化转换结果幅度下降 -3dB 时的输入频率。
• 全功率带宽：大 -0.5dB FS 模拟输入信号下，数字化转换结果幅度下降 -3dB 时的输入频率。

芯片和封装信息

MAX1193 的晶体管数量为 7925，采用 CMOS 工艺。封装为 5mm × 5mm、28 引脚的薄型 QFN 封装，文档中提供了详细的封装尺寸和相关说明。

综上所述，MAX1193 是一款性能卓越、功能丰富的 ADC 产品，在电子设计中具有广泛的应用前景。工程师在使用时，可根据具体的应用需求，结合其特性和参数进行合理设计，以充分发挥其优势。你在实际设计中是否遇到过类似 ADC 的应用难题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。