MAX163/164/167：高性能CMOS 12位A/D转换器的卓越之选

在电子设计领域，A/D转换器是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们就来深入了解MAXIM公司的MAX163、MAX164和MAX167这三款CMOS 12位A/D转换器，看看它们在性能、应用和设计上有哪些独特之处。

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一、产品概述

MAX163、MAX164和MAX167是完整的CMOS采样12位模拟 - 数字转换器（ADC），集片上跟踪保持电路和电压基准于一体，具有高转换速度和低功耗的特点。其转换时间为8.33μs，包含跟踪保持的建立时间。内部埋入式齐纳基准提供低漂移和低噪声性能。不同型号的输入范围有所不同，MAX163接受0V至 +5V的单极性输入，MAX164接受±5V的双极性输入，MAX167接受±2.5V的双极性输入。外部组件仅需电源和基准电压的去耦电容。片上时钟电路既可以由外部时钟源驱动，也可以使用晶体。

二、产品特性亮点

高精度与高速度

• 12位分辨率：能够提供较为精确的数字输出，满足大多数高精度测量和控制的需求。在一些对数据精度要求较高的应用中，如高精度过程控制，12位分辨率可以确保采集到的数据更加准确，从而提高系统的控制精度。
• 8.33μs转换时间：快速的转换时间使得它能够处理高速变化的模拟信号，适用于高速数据采集等场景。例如在音频和电信处理中，快速的转换可以保证信号的实时处理，减少信号失真。

集成度高

• 内部模拟跟踪保持：无需额外的外部跟踪保持电路，简化了设计，减少了电路板空间和成本。这对于一些对空间和成本敏感的应用，如便携式设备，具有很大的优势。
• 片上电压基准：提供稳定的基准电压，保证了转换的准确性和稳定性。同时，内部基准输出缓冲器可以吸收高达5mA的电流，为系统的稳定运行提供了保障。

其他优势

• 6MHz全功率带宽：具有较宽的带宽，能够处理高频信号，适用于数字信号处理（DSP）等应用。
• 高输入电阻（500MΩ）：减少了对输入信号源的负载影响，降低了信号失真的可能性。
• 100ns数据访问时间：快速的数据访问时间使得处理器能够快速获取转换结果，提高了系统的响应速度。
• 180mW（最大）功耗：低功耗设计适合电池供电的应用，延长了设备的续航时间。

三、应用领域广泛

数字信号处理（DSP）

在DSP系统中，需要对模拟信号进行快速、准确的转换。MAX163/164/167的高转换速度和12位分辨率能够满足DSP对信号处理的要求，为数字信号处理提供了可靠的前端支持。

音频和电信处理

音频和电信信号通常是高速变化的模拟信号，对转换速度和精度有较高的要求。这三款转换器的快速转换时间和高精度可以保证音频和电信信号的高质量处理，减少信号失真和噪声。

高精度过程控制

在工业过程控制中，需要对各种物理量进行精确测量和控制。MAX163/164/167的高分辨率和稳定的性能可以确保采集到的物理量数据准确无误，从而实现精确的过程控制。

高速数据采集

对于需要快速采集大量数据的应用，如科学实验、测试测量等，这三款转换器的高速转换能力和高带宽能够满足数据采集的需求。

四、详细的引脚配置与功能

引脚功能说明

引脚名称	功能
AIN	采样模拟输入，不同型号输入范围不同
VREF	-5.00V基准输出
AGND	模拟地
D11 - D4、D3/11 - D0/8	三态数据输出
DGND	数字地
CLK IN	时钟输入
CLK OUT	时钟输出
HBEN	高字节使能输入
RD	读输入，启动转换并使能输出驱动
CS	片选输入
BUSY	忙输出，转换进行时为低电平
Vss	负电源， -15V或 -12V
VDD	正电源， +5V

引脚配置的重要性

合理的引脚配置可以确保转换器与其他电路的正确连接和协同工作。例如，CLK IN和CLK OUT引脚用于时钟信号的输入和输出，时钟信号的稳定性对转换的准确性至关重要。而CS、RD和HBEN等控制引脚则用于控制转换的启动和数据的输出，正确使用这些引脚可以实现高效的转换操作。

五、工作原理与操作模式

转换原理

MAX163/164/167采用逐次逼近和输入跟踪保持电路将模拟信号转换为12位数字输出代码。控制逻辑提供了与微处理器的简单接口，大多数应用只需使用无源组件即可完成模拟 - 数字操作配置。

跟踪保持模式

当ADC未被选中（CS高电平）且BUSY为高电平时，跟踪保持进入“跟踪”模式；转换启动约25ns后，进入“保持”模式，两次转换之间的延迟变化（孔径抖动）小于50ps。

操作模式

• 慢内存模式：适用于无法强制进入等待状态的处理器。处理器对ADC地址的读取操作启动转换，第二次读取操作访问转换结果。
• ROM模式：避免使用处理器等待状态。读取操作启动转换，第一次读取获取上一次转换的结果，同时启动新的转换。

六、使用注意事项

时钟和控制同步

为了获得最佳的模拟性能，时钟应与RD和CS控制输入同步，至少在转换开始与最近的时钟边缘之间保持100ns的间隔，以减少时钟信号对模拟输入的干扰。

数字总线噪声

如果数据总线在转换期间处于活动状态，可能会导致数据引脚与ADC比较器之间的耦合误差。可以使用慢内存模式，在转换期间将处理器置于等待状态，或者在ROM模式下使用三态驱动器隔离数据总线。

布局、接地和旁路

为了获得最佳的系统性能，建议使用印刷电路板，避免使用线绕板。布局时应尽量将数字和模拟信号线分开，确保ADC下方有良好的接地层。电源应通过0.1μF和10μF的旁路电容旁路到模拟星型接地，以减少高频噪声的影响。

增益和偏移调整

在一些应用中，可能需要对增益和偏移进行调整。可以根据具体的应用需求，使用相应的调整电路进行调整，如使用图17所示的电路进行偏移和增益调整。

七、总结

MAX163、MAX164和MAX167这三款CMOS 12位A/D转换器以其高分辨率、高速度、低功耗和集成度高等优点，在数字信号处理、音频和电信处理、高精度过程控制和高速数据采集等领域具有广泛的应用前景。在使用过程中，合理的引脚配置、正确的操作模式选择以及注意时钟同步、数字总线噪声和布局接地等问题，可以充分发挥这些转换器的性能，为电子设计带来更加可靠和高效的解决方案。你在使用这些转换器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。