MAX154/MAX158：高速8位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟信号到数字信号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精度和速度。今天，我们就来深入了解一下MAXIM公司的两款高性能CMOS高速8位ADC——MAX154和MAX158。

文件下载：MAX154.pdf

一、产品概述

MAX154和MAX158是高速多通道模拟 - 数字转换器。MAX154拥有四个模拟输入通道，而MAX158则具备八个通道，它们的转换时间均为2.5µs。这两款转换器还集成了2.5V片上参考电压源，构成了一个完整的高速数据采集系统。此外，它们内置了跟踪/保持功能，无需外部跟踪/保持电路，模拟输入范围为0V至 +5V，并且仅需单一的 +5V电源供电。其微处理器接口也十分简洁，能够像内存位置或I/O端口一样工作，无需外部逻辑，数据输出采用锁存的三态缓冲电路，可直接连接到微处理器数据总线或系统输入端口。

二、产品特性

2.1 单芯片数据采集系统

MAX154/MAX158将多个功能集成于一个芯片中，大大简化了设计，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

MAX154的四个通道和MAX158的八个通道，为不同的应用场景提供了更多的选择，能够同时处理多个模拟信号的采集。

2.3 高速转换

2.5µs的转换时间，使得它们能够满足高速数据采集的需求，适用于对实时性要求较高的应用。

2.4 内部参考电压

2.5V的内部参考电压源，为ADC提供了稳定的参考，减少了外部参考电路的设计，提高了系统的精度。

2.5 内置跟踪/保持功能

内置的跟踪/保持功能，避免了使用外部跟踪/保持电路，降低了成本和设计复杂度。

2.6 低误差

1/2LSB的误差规格，保证了转换结果的准确性。

2.7 单一电源供电

仅需单一的 +5V电源供电，简化了电源设计，降低了功耗。

2.8 无需外部时钟

无需外部时钟信号，进一步简化了设计。

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

3.1 数字信号处理

在数字信号处理中，需要对模拟信号进行高速、准确的转换，MAX154/MAX158的高速转换和高精度特性能够满足这一需求。

3.2 高速数据采集

对于需要快速采集大量数据的应用，如工业自动化、测试测量等，MAX154/MAX158的多通道和高速转换能力使其成为理想的选择。

3.3 电信

在电信领域，对信号的处理速度和精度要求较高，MAX154/MAX158能够为电信设备提供可靠的信号转换。

3.4 高速伺服控制

高速伺服控制系统需要实时获取准确的反馈信号，MAX154/MAX158的高速转换和高精度特性能够满足这一要求。

3.5 音频仪器

在音频仪器中，需要对音频信号进行高精度的转换，MAX154/MAX158的低误差和高分辨率能够保证音频信号的质量。

四、电气特性

4.1 精度

分辨率为8位，总未调整误差（MAX15_A为±1/2 LSB，MAX15_B为±1 LSB），通道间失配为±1/4 LSB，保证了转换结果的准确性。

4.2 参考输入

参考电阻为1 - 4 kΩ，VREF+输入电压范围为VREF - 至VDD，VREF - 输入电压范围为GND至VREF+。

4.3 参考输出

输出电压为2.47 - 2.53V（TA = +25°C），负载调整率为 -6 - -10 mV，电源灵敏度为±1 - ±3 mV，温度漂移根据不同型号有所不同（MAX15_ C为40 - 70 ppm/°C，MAX15 E为40 - 70 ppm/°C，MAX15 _M为60 - 100 ppm/°C），输出噪声为200 µV/rms，电容负载为0.01 µF。

4.4 模拟输入

模拟输入电压范围为VREF - 至VREF+，输入电容为45 pF，输入电流为±3 µA，跟踪转换速率为0.7 - 0.157 V/µs。

4.5 逻辑输入

输入高电压为2.4V，输入低电压为0.8V，输入高电流为1 µA，输入低电流为 -1 µA，输入电容为5 - 8 pF。

4.6 逻辑输出

输出高电压为4.0V，输出低电压为0.4V，三态输出电流为±3 HA，输出电容为5 - 8 pF。

4.7 电源

电源电压为5V ±5%，电源电流为15 mA，功耗为25 - 75 mW，电源灵敏度为±1/16 - ±1/4 LSB。

五、工作原理

5.1 转换技术

MAX154/MAX158采用“半闪存”转换技术，通过两个4位闪存ADC转换器部分实现8位的转换结果。上4位MS（最高有效）闪存ADC使用15个比较器将未知输入电压与参考梯级进行比较，提供上四位数据位。内部DAC利用MS位从第一次闪存转换中生成模拟信号，剩余电压（代表未知输入与DAC电压之间的差值）由15个LS（最低有效）闪存比较器与参考梯级进行比较，以获得下四位输出位。

5.2 操作序列

转换由RD和CS的下降沿启动。比较器输入在大约1µs内跟踪模拟输入电压。第一个周期后，MS闪存结果被锁存到输出缓冲器中，LS转换开始。大约600ns后，INT变低，表示转换结束，下四位被锁存到输出缓冲器中。此时，可以使用CS和RD输入访问数据。

六、数字接口

6.1 控制输入

MAX154/MAX158仅使用片选（CS）和读取（RD）作为控制输入。读取操作（将CS和RD置低）锁存多路复用器地址输入并启动转换。

6.2 接口模式

• 模式0：适用于能够进入WAIT状态的微处理器。将CS和RD置低锁存模拟多路复用器地址并启动转换，数据输出DB0 - DB7在转换完成前保持高阻抗状态。有两个状态输出：中断（INT）和就绪（RDY）。RDY是开漏输出，在CS下降沿变低，转换结束时变为高阻抗。INT在转换完成时变低，在CS或RD上升沿返回高电平。
• 模式1：适用于不需要微处理器进入WAIT状态的应用。将CS和RD置低锁存多路复用器地址并启动转换，同时立即读取上一次转换的结果。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来读取本次转换的结果，两次读取操作之间需要2.5µs的延迟。

七、模拟考虑因素

7.1 参考和输入

VREF+和VREF - 输入定义了ADC的零和满量程。VREF - 的电压等于产生全零输出代码的输入电压，VREF+的电压等于产生全一输出代码的输入电压。

7.2 旁路

VDD引脚应使用47µF电解电容和0.1µF陶瓷电容旁路到GND，以减少转换误差和提高稳定性。如果参考输入由长线驱动，应在参考输入引脚处使用0.1µF电容旁路到GND。

7.3 输入电流

转换器的模拟输入与传统ADC有所不同，采样数据比较器根据所处周期从输入获取不同量的电流。输入可以建模为等效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应在约1MHz处具有足够的环路增益以保持低输出阻抗。

7.4 输入滤波

采样数据比较器在模拟输入中引起的瞬态不会降低转换器的性能，因为ADC在这些瞬态发生时不“查看”输入。因此，不需要在AIN端子上使用外部电容来过滤这些瞬态。

7.5 正弦输入

MAX154/MAX158能够测量高达157mV/µs的输入信号转换速率，在不使用外部跟踪/保持的情况下，模拟输入频率最高可达10kHz。最大采样率受转换时间（典型tCRD = 2µs）和转换之间的时间（tp = 500 ns）限制，计算可得最大采样率为400kHz。使用MAX158时，每个通道的最大采样率为50kHz；使用MAX154时，每个通道的最大采样率为100kHz，这些速率远高于10kHz输入带宽的奈奎斯特采样率要求。

7.6 双极性输入操作

可以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，使ADC输入仅出现正电压，模拟输入范围为±4V，输出代码为互补偏移二进制。

八、订购信息

MAX154和MAX158提供多种温度范围和封装选项，误差规格也有所不同，工程师可以根据具体需求进行选择。例如，对于商业级应用，可以选择0°C至 +70°C温度范围的产品；对于工业级应用，可以选择 -40°C至 +85°C温度范围的产品；对于军事级应用，可以选择 -55°C至 +125°C温度范围的产品。封装方面，有DIP、SO、SSOP等多种选择，以满足不同的电路板设计需求。

九、总结

MAX154和MAX158是两款性能卓越的高速8位ADC，具有多通道、高速转换、高精度、低功耗等优点，适用于多种应用领域。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择产品型号和封装，同时注意模拟输入、参考电压、电源等方面的设计，以确保系统的性能和稳定性。你在使用MAX154/MAX158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。