MAX114/MAX118：高性能8位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，而ADC（模拟 - 数字转换器）的性能直接影响着整个系统的表现。今天，我们就来深入了解一下MAXIM公司的MAX114/MAX118这两款具有独特优势的8位ADC。

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一、产品概述

MAX114和MAX118是与微处理器兼容的8位ADC，分别具备4通道和8通道的模拟输入能力。它们采用单+5V电源供电，运用半闪存技术实现了660ns的转换时间，达到1Msps的采样速率。同时，通过PWRDN引脚，可将电流消耗降至低至1µA，在突发模式应用中能大幅降低功耗。这两款ADC还内置了跟踪/保持电路，能够对快速模拟信号进行数字化处理。

二、应用领域

1. 高速DSP

在高速数字信号处理系统中，需要快速准确地将模拟信号转换为数字信号，MAX114/MAX118的高速转换能力和多通道特性能够满足其对数据采集的需求。

2. 便携式设备

对于便携式设备而言，低功耗是至关重要的。MAX114/MAX118的低功耗特性可以有效延长设备的电池续航时间，同时其小封装形式也适合便携式设备的空间要求。

3. 远程数据采集

在远程数据采集系统中，需要对多个模拟信号进行采集和传输。MAX114/MAX118的多通道功能可以同时采集多个信号，并且其低功耗特性适合在远程环境中使用。

4. 通信系统

通信系统对信号的处理速度和精度要求较高，MAX114/MAX118的高速转换和高精度特性能够满足通信系统对信号采集和处理的需求。

三、产品特性

1. 电源与通道

• 单+5V电源：简化了电源设计，降低了系统的复杂性。
• 多通道选择：MAX114提供4个模拟输入通道，MAX118提供8个模拟输入通道，可满足不同应用场景的需求。

  2. 低功耗

• 工作模式：功耗仅为40mW。
• 掉电模式：功耗低至5µW，大大降低了系统的整体功耗。

  3. 高精度

• 总未调整误差：≤1LSB，保证了转换的准确性。
• 无丢失码：确保了数据的完整性。

  4. 快速转换

  每个通道的转换时间仅为660ns，能够快速完成模拟信号到数字信号的转换。

  5. 无需外部时钟

  内部集成了时钟电路，减少了外部元件的使用，降低了成本和设计复杂度。

  6. 内部跟踪/保持

  能够对快速变化的模拟信号进行准确跟踪和保持，提高了转换的精度。

  7. 高带宽

  具有1MHz的全功率带宽，能够处理高频信号。

  8. 内部参考监测

  MAX118内部连接的第8通道可用于监测参考电压，方便用户进行系统校准。

四、电气特性

1. 精度指标

• 分辨率：8位，能够提供足够的精度来满足大多数应用的需求。
• 总未调整误差：±1LSB，保证了转换结果的准确性。
• 差分非线性：±1LSB，确保了相邻代码之间的线性度。
• 零码误差：±1LSB，保证了零输入时的输出准确性。
• 满量程误差：±1LSB，确保了满量程输入时的输出准确性。
• 通道间失配：±1/4LSB，保证了不同通道之间的一致性。

  2. 动态性能

• 信噪失真比（SINAD）：在特定条件下可达45dB，能够有效抑制噪声和失真。
• 总谐波失真（THD）：在特定条件下为 -50dB，保证了信号的纯净度。
• 无杂散动态范围（SFDR）：在特定条件下为50dB，能够有效抑制杂散信号。

  3. 模拟输入

• 输入电压范围：VREF - 到VREF +，可根据参考电压灵活调整输入范围。
• 输入泄漏电流：±3µA，保证了输入信号的稳定性。
• 输入电容：32pF，对输入信号的影响较小。

  4. 参考输入

• 参考电阻：2 - 4kΩ，可根据需要选择合适的参考电阻。
• REF + 输入电压范围：VREF - 到VDD，保证了参考电压的稳定性。
• REF - 输入电压范围：GND到VREF +，可根据需要调整参考电压的下限。

  5. 逻辑输入输出

• 输入高电压：2.4 - 3.5V，保证了逻辑输入的可靠性。
• 输入低电压：0.8 - 1.5V，保证了逻辑输入的可靠性。
• 输入高电流：±3µA，对输入信号的影响较小。
• 输入低电流：±1µA，对输入信号的影响较小。
• 输入电容：5 - 8pF，对输入信号的影响较小。
• 输出低电压：0.4V，保证了逻辑输出的可靠性。
• 输出高电压：根据负载情况而定，保证了逻辑输出的可靠性。
• 三态电流：±3µA，对输出信号的影响较小。
• 三态电容：5 - 8pF，对输出信号的影响较小。

  6. 电源要求

• 电源电压：4.75 - 5.25V，保证了电源的稳定性。
• 电源电流：在不同工作模式下有所不同，可根据实际需求进行选择。
• 电源抑制比：±1/16 - ±1/4LSB，能够有效抑制电源噪声。

五、时序特性

1. 转换时间

在不同模式下，转换时间有所不同。例如，在WR - RD模式下，转换时间为660ns；在RD模式下，转换时间为700ns。

2. 上电时间

上电时间为320 - 520ns，能够快速启动设备。

3. 其他时序参数

包括CS到RD、WR的建立时间和保持时间，CS到RDY的延迟时间，RD到INT的延迟时间等，这些参数对于保证系统的正常运行至关重要。

六、引脚描述

MAX114和MAX118的引脚功能丰富，涵盖了模拟输入、数字输出、控制信号等多个方面。例如，INx引脚用于模拟输入，D0 - D7引脚用于数字输出，MODE引脚用于模式选择，PWRDN引脚用于电源控制等。通过合理配置这些引脚，可以实现不同的功能和应用。

七、详细工作原理

1. 转换操作

MAX114/MAX118采用半闪存转换技术，通过两个4位闪存ADC部分实现8位的转换结果。首先，通过15个比较器将未知输入电压与参考梯形进行比较，得到高4位数据。然后，内部的数模转换器（DAC）利用这4位最高有效位（MSBs）生成第一次闪存转换的模拟结果和残差电压，再将残差与闪存比较器再次比较，得到低4位数据（LSBs）。

2. 掉电模式

在突发模式或低采样率应用中，可通过将PWRDN引脚置为低电平，将设备关闭，使电源电流降至微安级别。当PWRDN引脚置为高电平时，设备唤醒，所选模拟输入进入跟踪模式，360ns后信号完全采集，可开始新的转换。

3. 数字接口

MAX114/MAX118具有两种基本接口模式，由MODE引脚设置。当MODE为低电平时，为读模式；当MODE为高电平时，为写 - 读模式。通过A0、A1和A2输入控制通道选择。

• 读模式（MODE = 0）：转换和数据访问由RD输入控制。比较器输入在tACQ期间跟踪模拟输入电压，通过将CS和RD置为低电平启动转换，微处理器等待输出数据出现后读取数据。
• 写 - 读模式（MODE = 1）：转换由WR的下降沿启动，WR返回高电平时，4位MSB闪存的结果锁存到输出缓冲区，4位LSB闪存的转换开始。INT变低表示转换结束，RD变低后可访问数据。
• 流水线操作：通过将WR连接到RD，可实现流水线操作。在CS为低电平时，驱动WR和RD低电平可启动转换并同时读取上一次转换的结果。

八、模拟考虑

1. 参考连接

REF + 和REF - 的电压设置了ADC的模拟输入范围。REF - 定义产生全零输出代码的输入，REF + 定义产生全一输出代码的输入。可采用不同的参考连接方式，如电源作为参考、外部参考等。

2. 初始上电

首次上电时，进行一次转换以初始化MAX114/MAX118，并忽略输出数据。

3. 旁路电容

使用4.7µF电解电容和0.1µF陶瓷电容并联将VDD旁路到GND，并尽量减小电容引脚长度。同时，使用0.1µF电容旁路参考输入。

4. 模拟输入

MAX114/MAX118输入的等效电路在转换开始且WR为低电平时，VIN_连接到16个0.6pF电容，还需对约22pF的杂散电容充电。典型32pF的输入电容允许源电阻高达800Ω而无设置问题，对于更大的电阻，需增加采集时间（tACQ）。

5. 跟踪/保持

转换开始（RD或WR为低电平）时，跟踪/保持进入保持模式；转换结束INT变低时，进入跟踪模式。下一次转换需在最小采集时间tACQ后开始。

6. 传输函数

MAX114/MAX118的标称传输函数中，代码转换发生在连续整数LSB值的中间，输出编码为二进制，1LSB = (VREF + - VREF - ) / 256。

7. 转换速率

在写 - 读模式（tRD < tINTL）下可实现最大采样速率，计算公式为 (f{MAX}=frac{1}{t{WR}+t{RD}+t{RI}+t{ACQ}}) ，经计算可得 (f{MAX}=1.23MHz) 。

九、性能指标分析

1. 信噪失真比和有效位数

信噪失真比（SINAD）是输入信号基频的RMS幅度与所有其他ADC输出信号的比值。理论上，ADC的最小模拟 - 数字噪声由量化误差引起，8位ADC的理论最大SNR为50dB。可通过公式 (N=(SINAD - 1.76) / 6.02) 计算ADC的有效分辨率。

2. 总谐波失真

总谐波失真（THD）是输入信号所有谐波的RMS和与基频本身的比值，计算公式为 (THD = 20 logleft[frac{sqrt{V{2}^{2}+V{3}^{2}+V{4}^{2}+... V{N}^{2}}}{V_{1}}right]) 。

3. 无杂散动态范围

无杂散动态范围（SFDR）是基频RMS幅度与下一个最大频谱分量的幅度之比，通常下一个最大频谱分量出现在输入频率的某个谐波处。

十、订购信息

MAX114和MAX118提供多种温度范围和引脚封装选择，用户可根据实际需求进行选择。例如，MAX114CNG适用于0°C到 +70°C的温度范围，采用24引脚窄塑料DIP封装；MAX118EPI适用于 -40°C到 +85°C的温度范围，采用28引脚SSOP封装。

综上所述，MAX114/MAX118以其高速、低功耗、高精度等优势，在众多应用领域中具有广阔的应用前景。电子工程师在设计过程中，可以根据具体需求合理选择和使用这两款ADC，以实现系统的高性能和可靠性。你在使用MAX114/MAX118的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。