MAX190/MAX191：低功耗12位采样ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨MAXIM公司推出的MAX190/MAX191这两款低功耗、12位采样ADC，它们具备内部参考和掉电功能，为众多应用场景提供了出色的解决方案。

文件下载：MAX190.pdf

一、产品概述

MAX190/MAX191是单芯片CMOS 12位ADC，具有差分输入、跟踪/保持（T/H）、内部电压参考、内部或外部时钟以及并行或串行uP接口等特性。它们的转换时间均为7.5μs，但在采集时间和采样率上有所不同。MAX190的采集时间为5μs，采样率为76ksps；而MAX191的采集时间为2μs，采样率保证达到100ksps。电源和参考仅需去耦电容作为外部组件，既可以使用外部参考，也可以使用具有调整输入功能的内部参考来修正系统增益误差。

这两款ADC都可以由单+5V电源供电，MAX191还能使用双+5V电源，支持以地为参考的双极性输入信号。此外，它们都有逻辑掉电输入，可将3mA的VDD电源电流降至最大50μA，包括内部参考电流。

二、产品特性

高精度

• 分辨率：具备12位分辨率，线性度达到±1/2 LSB，能够提供精确的模拟 - 数字转换。
• 动态性能：在采样率为76kHz（MAX190）和100kHz（MAX191）、输入信号VIN为4Vp - p的条件下，信号 - 噪声加失真比（SINAD）可达70dB，总谐波失真（THD）低至 - 80dB，无杂散动态范围（SFDR）为80dB，保证了良好的动态性能。

低功耗

• 工作模式：工作电流仅为3mA，在掉电模式下电流可低至20μA，非常适合电池供电的应用场景。

灵活的接口

• 三种接口模式：提供两种8位并行模式和一种与SPI、QSPI和Microwire串行接口标准兼容的串行接口模式，方便与不同的微处理器进行连接。

多种封装形式

• 24引脚封装：有窄DIP和宽SO两种封装可供选择，满足不同的PCB布局需求。

三、应用领域

MAX190/MAX191的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

• 电池供电数据记录：低功耗特性使其非常适合在电池供电的设备中进行数据记录。
• PC笔数字化仪：高精度的转换能力能够满足PC笔数字化仪对精确位置检测的需求。
• 高精度过程控制：为工业过程控制提供精确的模拟信号转换，确保系统的稳定性和准确性。
• 机电系统：在机电系统中实现对模拟信号的实时监测和控制。
• PC数据采集板：作为PC数据采集板的核心组件，实现对各种模拟信号的采集和处理。
• 自动测试系统：为自动测试系统提供可靠的信号转换，提高测试效率和准确性。
• 电信：在电信领域中用于信号处理和监测。
• 数字信号处理（DSP）：为DSP系统提供高质量的模拟输入信号。

四、技术要点

采集时间

采集时间是T/H获取输入信号所需的时间，它取决于输入电容的充电速度。如果输入信号的源阻抗较高，采集时间会延长，需要在转换之间留出更多时间。采集时间的计算公式为：tACQ = 10(Rs + RIN)CHOLD（MAX190不少于5μs，MAX191不少于2μs），其中RIN对于MAX190为10kΩ，对于MAX191为2kΩ，Rs为输入信号的源阻抗，CHOLD为32pF。

输入保护

内部保护二极管将模拟输入钳位到VDD和GND，允许AIN + 在MAX190上从 - 0.3V到（VDD + 0.3V）摆动，在MAX191上从（VSS - 0.3V）到（VDD + 0.3V）摆动，而不会损坏ADC。但为了在满量程附近实现精确转换，AIN + 不应超过电源（MAX190的VDD和GND，MAX191的VDD和VSS）超过50mV，因为保护二极管轻微正向偏置时会影响ADC的精度。

时钟和控制同步

为了获得最佳的模拟性能，时钟应与转换启动信号（CS和RD）同步。至少100ns应将转换开始与最近的时钟边缘分开，以确保CLK转换不会耦合到模拟输入并被T/H采样。当时钟和转换启动信号同步时，时钟馈通产生的误差可以通过调整来消除。

异步模式

在MAX190的异步模式下，当CLK和转换启动信号（CS和RD）不同步时，使用0.8MHz时钟可实现全精度规格性能，确保最高有效位（MSB）决策有完整的625ns时间。当时钟频率大于0.8MHz时，MSB决策时间可能小于625ns，这可能导致中量程的线性误差。

五、掉电模式与初始化

在一些电池供电系统中，在非活动期间对ADC进行掉电或断电是很有必要的。要使MAX190/MAX191掉电，只需将PD引脚拉低。在这种模式下，除参考外，所有内部ADC电路都关闭，ADC的最大功耗小于50μA。上电初始化时，进行一次转换并忽略数据输出即可。

六、内部参考与补偿

内部参考

内部4.096V参考可在VREF引脚获得，必须使用一个4.7μF低ESR电容（小于1/2Ω）与一个0.1μF电容并联旁路到AGND，除非使用内部参考补偿模式。这样可以最小化噪声并在高频下保持低参考阻抗。当使用外部参考时，可通过将REFADJ连接到VDD来禁用参考输出。

参考补偿模式

MAX190/MAX191可以通过选择内部或外部参考补偿来优化特定转换率下的掉电性能。

• 内部补偿：内部补偿连接如图所示，在这种模式下，参考能快速稳定，ADC重新激活（PD拉高）后通常在35μs内开始转换。但参考缓冲器从SAR瞬变中恢复的时间较长，因此需要较慢的时钟（和转换时间），典型转换时间会上升到25μs。

七、总结

MAX190/MAX191以其高精度、低功耗、灵活的接口和多种封装形式，为电子工程师在设计各种应用系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择合适的工作模式和参数，以充分发挥这两款ADC的性能优势。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。