探索 MAX1272/MAX1273：多功能 12 位 ADC 的卓越性能

在电子工程师的工具箱中，一款合适的模数转换器（ADC）是实现精准数据采集和处理的关键。今天，我们就来深入了解 Maxim 推出的 MAX1272/MAX1273，这两款具备故障保护和软件可选输入范围的 12 位 ADC，看看它们在各类应用中能带来怎样的惊喜。

文件下载：MAX1273.pdf

一、器件概述

MAX1272/MAX1273 是多量程 12 位数据采集系统，采用单 5V 电源供电。它们的独特之处在于软件可编程的模拟输入，能接受多种电压范围。对于 MAX1272 有 ±10V、±5V、0 到 10V、0 到 5V；MAX1273 则是 ±VREF、±VREF/2、0 到 VREF、0 到 VREF/2。这种软件可选的扩展模拟输入范围，有效将动态范围提升至 14 位，还能让 4 - 20mA 供电传感器直接与 5V 系统连接，非常方便。而且，MAX1272 还具备 ±12V 的故障保护功能，为系统稳定运行提供了保障。

其他特性也十分出色，例如拥有 5MHz 的跟踪/保持（T/H）带宽、87ksps 的吞吐量，并且支持内部（4.096V）或外部（2.40V 到 4.18V）参考电压。其串行接口能直接连接到 SPI/QSPI™/MICROWIRE® 兼容设备，无需额外的外部逻辑。此外，还有四种软件可编程的掉电模式，能在转换之间实现低电流关机，在待机模式下，内部参考缓冲器仍保持活动，避免了启动延迟。

二、关键特性剖析

2.1 输入范围灵活选择

MAX1272 和 MAX1273 都提供四种软件可选的输入范围，这使得工程师可以根据不同的应用需求进行灵活配置。比如在工业控制中，可能需要测量不同范围的电压信号，通过简单的软件设置就可以满足多样化的测量需求。

2.2 高分辨率与高精度

12 位的分辨率，保证了没有丢失码，能提供精准的数字输出。同时，积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）指标表现优秀，在不同的输入范围内都能保持较低的误差。

2.3 低功耗设计

在不同的采样率下，其功耗表现都非常出色。例如在 87ksps 时为 1.5mA，10ksps 时为 0.4mA，1ksps 时仅为 0.2mA。而且四种掉电模式进一步降低了系统的整体功耗，适合电池供电等对功耗要求较高的应用场景。

2.4 强大的接口兼容性

SPI/QSPI/MICROWIRE 兼容的 3 线接口，方便与各种微控制器和其他数字设备进行连接，简化了系统设计。

三、电气特性详解

3.1 精度参数

分辨率为 12 位，在整个温度范围内都能保证稳定的性能。积分非线性（INL）最大为 ±1.0 LSB，差分非线性（DNL）最大为 ±1.00 LSB，且无丢失码，确保了转换的准确性。

3.2 动态特性

信号 - 噪声 + 失真比（SINAD）可达 72dB，总谐波失真（THD）低至 -87dB，无杂散动态范围（SFDR）高达 88dB，这些指标表明在处理动态信号时，能够有效减少噪声和失真，提供高质量的数字输出。

3.3 输入特性

模拟输入的小信号带宽会根据所选的输入范围有所不同，从 1.25MHz 到 5MHz 不等。输入电流和电容等参数也在合理范围内，确保了对不同信号源的良好适应性。

3.4 电源特性

电源电压范围为 4.75V 到 5.25V，在不同的工作模式下，供电电流也有所不同。例如在内部参考模式下转换时，双极性为 2.2 - 3.5mA，单极性为 1.8 - 2.5mA。同时，电源抑制比（PSRR）指标也能保证在电源波动时，ADC 的性能不受太大影响。

四、工作原理与操作要点

4.1 转换操作

MAX1272/MAX1273 采用逐次逼近和内部跟踪/保持（T/H）电路将模拟信号转换为 12 位数字输出。T/H 跟踪/采集模式在 8 位输入控制字的第四个时钟周期下降沿开始，在第八个时钟周期下降沿进入保持/转换模式。

4.2 输入范围设置

通过设置控制字节中的 RNG 和 BIP 位，可以将模拟输入编程为四种范围之一。不同的设置对应不同的负满量程、零量程和正满量程，具体可参考相关表格。

4.3 输入数据格式

输入数据（控制字节）在 SCLK 的上升沿从 DIN 输入，CS 用于启用与 MAX1272/MAX1273 的通信。第一个到达的 1 代表输入控制字节的起始位，明确起始位的条件对于正确启动转换至关重要。

4.4 输出数据格式

输出数据（DOUT）在 SCLK 的下降沿以 MSB 优先的方式输出。单极性模式提供直接二进制输出，双极性模式提供二进制补码输出。

4.5 启动转换

每次转换需要一个控制字节，编程控制字节的第四位启动采集序列，转换在起始位后的第八个时钟周期下降沿开始。在连续转换过程中，要保持 CS 为低电平，以确保转换的连续性。

五、应用信息与注意事项

5.1 上电复位

MAX1272/MAX1273 上电后处于正常工作模式和外部参考模式，需要一个起始位来启动转换，并且输出数据寄存器的内容在上电时会被清除。

5.2 参考电压选择

可以选择内部或外部参考电压。内部参考提供 4.096V 的输出，需要用 1.0μF 的电容旁路到地。使用外部参考时，要将 8 位控制字中的 REF 位设置为 0，并且外部参考电压范围为 2.40V 到 4.18V。

5.3 掉电模式

四种可编程的掉电模式可以根据实际需求进行选择，以节省功耗。在不同的掉电模式下，接口仍然保持活动，转换结果可以在 DOUT 输出，同时输入过压保护（MAX1272）也始终有效。

5.4 数字接口

具有完全兼容的 SPI/QSPI 和 MICROWIRE 串行接口，使用时需要根据具体的接口类型进行相应的配置。例如在 SPI 和 QSPI 接口中，要清除微控制器的 SPI 控制寄存器中的 CPOL 和 CPHA。

5.5 布局与布线

为了获得最佳性能，建议使用印刷电路板（PC 板），并确保模拟和数字走线的适当分离。避免模拟和数字线相互平行，不要在 ADC 封装下方布置数字信号路径。同时，要使用单独的模拟和数字接地部分，并通过一个星型点连接，降低噪声干扰。

六、总结与展望

MAX1272/MAX1273 以其丰富的特性、出色的性能和灵活的配置，成为了数据采集、工业控制、机器人等众多领域的理想选择。对于电子工程师来说，在设计相关系统时，充分利用其软件可选输入范围、低功耗、高精度等特点，能够提高系统的性能和可靠性。在未来的应用中，随着技术的不断发展，相信这类 ADC 会在更多的创新项目中发挥重要作用。你在实际项目中是否使用过类似的 ADC？遇到过哪些问题和挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。