MAX153：高速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项关键技术，它连接着模拟世界和数字世界。今天，我们要深入探讨一款性能出色的8位ADC——MAX153，它在高速转换和低功耗方面表现卓越，适用于多种应用场景。

文件下载：MAX153.pdf

一、产品概述

MAX153是一款高速、与微处理器（µP）兼容的8位模拟 - 数字转换器（ADC）。它采用半闪存技术，实现了660ns的转换时间，采样率高达1Msps。该芯片可使用单+5V或双±5V电源供电，能接受单极性或双极性输入。POWERDN（掉电）引脚可将电流消耗降至典型值1µA（5V电源供电时），且从掉电模式恢复到正常工作模式的时间小于200ns，这在具有突发模式输入信号的应用中能大幅降低电源电流。

二、应用领域

MAX153的应用十分广泛，包括但不限于以下几个领域：

1. 蜂窝电话：在手机的信号处理和数据采集方面发挥重要作用。
2. 便携式收音机：可用于音频信号的数字化处理。
3. 电池供电系统：其低功耗特性使其非常适合这类系统，延长电池续航时间。
4. 突发模式数据采集：能够快速准确地采集数据。
5. 数字信号处理：为数字信号处理提供高精度的输入数据。
6. 电信：在通信系统中用于信号的转换和处理。
7. 高速伺服回路：满足高速控制和反馈的需求。

三、产品特性

（一）高速转换

转换时间仅660ns，能够快速完成模拟信号到数字信号的转换，实现1Msps的吞吐量，满足高速数据采集的需求。

（二）快速上电/掉电

在200ns内即可完成上电或掉电操作，方便在不同工作模式之间快速切换，降低功耗。

（三）内部跟踪/保持

内部集成跟踪/保持电路，无需外部额外的跟踪/保持元件，简化了电路设计。

（四）低功耗

工作模式下功耗为40mW，掉电模式下功耗仅5µW，有效降低了系统的整体功耗。

（五）宽频带

具有1MHz的全功率带宽，能够处理较宽频率范围的信号。

（六）多种封装形式

提供20引脚窄DIP、SO和SSOP封装，方便不同的PCB布局和安装需求。

（七）无需外部时钟

内部集成时钟电路，无需外部时钟源，减少了外部元件的使用，降低了成本和设计复杂度。

（八）灵活的输入方式

支持单极性和双极性输入，可根据实际应用需求进行选择。

（九）比率式参考输入

参考输入采用比率式设计，提高了转换的精度和稳定性。

四、电气特性

（一）精度

分辨率为8位，总未调整误差在单极性范围内为±1 LSB，差分非线性保证无漏码，双极性输入范围下零码误差和满量程误差均为±1 LSB。

（二）动态特性

在采样频率为1MHz、输入频率为195.8kHz时，信号 - 噪声加失真比（SINAD）为45dB，总谐波失真（THD）为 - 50dB，峰值谐波或杂散噪声为 - 50dB。

（三）转换时间

在不同模式和温度条件下，转换时间有所不同。例如，在WR - RD模式下，TA = +25°C且tRD < tINTL、CL = 20pF时，转换时间为660ns。

（四）输入特性

输入电压范围为VREF - 到VREF + ，输入泄漏电流在 - 5V ≤ VIN ≤ +5V时为±3µA，输入电容为22pF。

（五）参考输入

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

五、引脚配置与功能

（一）引脚配置

MAX153采用20引脚封装，各引脚功能如下：	PIN	NAME	FUNCTION
1	VIN	模拟输入，范围是VREF - > VIN < VREF +
2	D0	三态数据输出（LSB）
3 - 5	D1 - D3	三态数据输出
6	WR /RDY	写控制输入/就绪状态输出
7	MODE	模式选择输入，内部通过50µA电流源下拉，MODE = 0激活读模式，MODE = 1激活写 - 读模式
8	RD	读输入，必须为低电平才能访问数据
9	INT	中断输出，转换结束时变为低电平
10	GND	接地
11	VREF -	参考范围下限，设置零码电压，范围是VSS < VREF - < VREF +
12	VREF +	参考范围上限，设置满量程输入电压，范围是VREF - < VREF + < VDD
13	CS	芯片选择输入，必须为低电平，设备才能识别WR或RD输入
14 - 16	D4 - D6	三态数据输出
17	D7	三态数据输出（MSB）
18	PWRDN	掉电输入，低电平时降低电源电流，掉电时CS必须为高电平
19	VSS	负电源，单极性时VSS = 0V，双极性时VSS = - 5V
20	VDD	正电源，+5V

（二）功能说明

• 模拟输入（VIN）：接收待转换的模拟信号。
• 数据输出（D0 - D7）：输出转换后的8位数字信号。
• 控制引脚（WR/RDY、MODE、RD、INT、CS、PWRDN）：用于控制转换过程和数据访问。

六、工作模式

（一）读模式（MODE = 0）

在该模式下，转换控制和数据访问由RD输入控制。比较器输入在tP时间内跟踪模拟输入电压，输入采集至少需要160ns。驱动RD为低电平启动转换，微处理器可以等待输出数据出现后读取数据。WR/RDY配置为状态输出（RDY），INT输出在转换结束时变为低电平。

（二）写 - 读模式（MODE = 1）

转换由WR的下降沿启动，WR返回高电平时，4个MSB的闪存结果被锁存到输出缓冲区，4个LSB的转换开始。INT大约在380ns后变为低电平，指示转换结束，此时可以访问数据。读取数据的方式有两种：

1. 使用内部延迟：微处理器等待INT输出变为低电平后读取数据。
2. 最快转换：延迟前读取：通过外部方法控制转换时间，通常在WR上升沿250ns后将RD拉低，完成转换并使能输出缓冲区。

（三）流水线操作

将WR和RD连接在一起可实现流水线操作。当CS为低电平时，驱动WR和RD为低电平可同时启动转换并读取上一次转换的结果。

七、模拟考虑因素

（一）参考连接

VREF + 和VREF - 输入设置ADC的满量程和零输入电压。可以使用电源作为参考，也可以使用外部参考源。在掉电期间，可通过连接逻辑电平n沟道MOSFET来减少参考负载电流。

（二）旁路电容

VDD应使用4.7µF电解电容和0.1µF陶瓷电容并联旁路到GND，参考输入应使用0.1µF电容旁路。

（三）输入电流

转换开始且WR为低电平时，VIN连接到16个0.6pF电容，输入电容通过内部模拟开关的电阻（约2kΩ）充电。输入电容为22pF时，允许源电阻高达2.2kΩ，对于更大的电阻，需要增加采集时间（tP）。

八、转换率与性能指标

（一）转换率

MAX153在WR - RD模式（tRD < tINTL）下可实现最大采样率，计算公式为： [f{MAX}=frac{1}{t{WR}+t{RD}+t{R I}+t_{P}}] 其中，tWR为写脉冲宽度，tRD为WR和RD脉冲之间的延迟，tRI为RD到INT的延迟，tP为转换之间的延迟时间。计算可得最大采样率为1.23MHz。

（二）信号 - 噪声比和有效位数

信号 - 噪声比（SNR）是输入信号基频的RMS幅度与所有其他模数输出值的RMS幅度之比，理论上8位ADC的最小噪声由量化误差引起，SNR = (6.02N + 1.76)dB，N为分辨率位数。有效位数可通过公式 (N=(SNR - 1.76)/6.02) 计算。

（三）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RMS之比，计算公式为： [THD=20 log left[frac{sqrt{left(V{2}^{2}+V{3}^{2}+V{4}^{2}+...+V{N}^{2}right)}}{V_{1}}right]] 其中，V1为基频的RMS幅度，V2到VN为2次到N次谐波的幅度。

（四）峰值谐波或杂散噪声

峰值谐波或杂散噪声是基频的RMS幅度与下一个最大频谱分量的幅度之比，通常在输入频率的某个谐波处出现。

（五）互调失真

通过对ADC输入的模拟信号进行采样生成互调失真（IMD）的FFT图，展示了不同频率信号的相互作用。

九、订购信息

MAX153提供多种温度范围和引脚封装选择，具体如下：	PART	TEMP RANGE	PIN - PACKAGE
MAX153CAP+	0°C to +70°C	20 SSOP
MAX153CPP+	0°C to +70°C	20 PDIP
MAX153CWP+	0°C to +70°C	20 SO(W)
MAX153C/D	0°C to +70°C	Dice
MAX153EAP+	- 40°C to +85°C	20 SSOP
MAX153EPP+	- 40°C to +85°C	20 PDIP
MAX153EWP+	- 40°C to +85°C	20 Wide SO

十、总结

MAX153以其高速转换、低功耗、灵活的输入方式和多种工作模式等优点，成为电子工程师在设计高速数据采集系统时的理想选择。在实际应用中，需要根据具体的需求和电路设计，合理选择工作模式和配置参数，以充分发挥其性能优势。你在使用MAX153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。