MAX1080/MAX1081：高性能10位ADC的深度解析

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，我们就来深入探讨MAXIM公司的两款优秀ADC产品——MAX1080和MAX1081。

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产品概述

MAX1080/MAX1081是10位的ADC，它们将8通道模拟输入多路复用器、高带宽跟踪/保持（T/H）电路以及串行接口集成在一起，具备高转换速度和低功耗的特点。MAX1080工作在+4.5V至+5.5V的单电源下，而MAX1081则工作在+2.7V至+3.6V的单电源下。这两款器件的模拟输入都可以通过软件配置为单极性/双极性以及单端/伪差分操作模式。

产品特性

输入通道与架构

• 8通道单端或4通道伪差分输入：提供了丰富的输入选择，能够满足不同的应用需求。内部集成了多路复用器和跟踪/保持电路，使得信号的采集更加高效。

  电源与参考

• 单电源操作：不同的电源范围适应了更多的应用场景。
• 内部+2.5V参考：为转换提供了稳定的参考电压，并且参考缓冲放大器具有±1.5%的电压调整范围，也可以使用1V至VDD1范围的外部参考。

  采样率与功耗

• 高采样率：MAX1080可达400ksps，能够快速采集信号。
• 低功耗：在不同的工作模式下，功耗表现优秀。例如，在400ksps采样率下为2.5mA，在降低功耗模式（REDP）下为1.3mA，快速掉电模式（FASTPD）下为0.9mA，全掉电模式（FULLPD）下仅为2µA。

  接口与配置

• 4线串行接口：与SPI™/QSPI™和MICROWIRE™设备直接连接，无需外部逻辑。还可以直接连接到TMS320系列数字信号处理器。
• 软件可配置输入：可以根据需要选择单极性或双极性输入。

  封装形式

  采用20引脚的TSSOP封装，方便在电路板上进行布局。

电气特性

MAX1080

在VDD1 = VDD2 = +4.5V至+5.5V的条件下，分辨率为10位，相对精度（INL）根据型号不同为±0.5 LSB（MAX1080A）或±1.0 LSB（MAX1080B），微分非线性（DNL）为±1.0 LSB，偏移误差为±3.0 LSB，增益误差为±3.0 LSB。动态指标方面，信号 - 噪声加失真比（SINAD）为60 dB，总谐波失真（THD）为 - 70 dB，无杂散动态范围（SFDR）为70 dB，互调失真（IMD）为76 dB。转换时间为2.5 µs，跟踪/保持采集时间为468 ns。

MAX1081

在VDD1 = VDD2 = +2.7V至+3.6V的条件下，分辨率同样为10位，相对精度（INL）根据型号不同为±0.5 LSB（MAX1081A）或±1.0 LSB（MAX1081B）。动态指标与MAX1080类似，转换时间为3.3 µs，跟踪/保持采集时间为625 ns。

工作原理

伪差分输入

在单端模式下，正输入（IN+）连接到所选输入通道，负输入（IN -）设置为COM；在差分模式下，IN+和IN - 从CH0/CH1、CH2/CH3、CH4/CH5和CH6/CH7这些对中选择。在转换过程中，只有IN+的信号被采样，IN - 必须在转换期间相对于GND保持稳定在±0.5LSB（最佳结果为±0.1LSB）。

跟踪/保持

T/H电路在8位控制字的第5位移入后的下降时钟沿进入跟踪模式，在第8位移入后的下降时钟沿进入保持模式。跟踪/保持采集时间与输入信号的源阻抗有关，计算公式为 (t{ACQ}=7 timesleft(R{S}+R{IN}right) × 12 pF)，其中 (R{IN}=800 Omega) ，RS为输入信号的源阻抗，并且tACQ对于MAX1080不小于468ns，对于MAX1081不小于625ns。

输入带宽

MAX1080的输入跟踪电路具有6MHz的小信号带宽，MAX1081为3MHz，因此可以使用欠采样技术对高速瞬态事件进行数字化，并测量带宽超过ADC采样率的周期性信号。为了避免高频信号混叠到感兴趣的频带中，建议使用抗混叠滤波。

模拟输入保护

内部保护二极管将模拟输入钳位到VDD1和GND，允许通道输入引脚在GND - 0.3V至VDD1 + 0.3V范围内摆动而不会损坏。但为了在满量程附近进行准确转换，输入不得超过VDD1 50mV或低于GND 50mV。

应用信息

启动转换

通过将控制字节时钟输入到DIN来启动转换。在CS为低电平时，SCLK的每个上升沿将DIN的一位时钟输入到MAX1080/MAX1081的内部移位寄存器。第一个逻辑“1”位定义控制字节的MSB。

简单软件接口

确保CPU的串行接口运行在主模式，选择合适的时钟频率（MAX1080为500kHz至6.4MHz，MAX1081为4.8MHz）。设置控制字节TB1，使用通用I/O线将CS拉低，依次传输TB1、两个全零字节，并接收相应的字节，最后将CS拉高。

电源模式

• 软件电源关闭：通过控制字节的PD1和PD0位激活，ADC完成当前转换后进入指定的低静态电流状态。
• 硬件电源关闭：将SHDN拉低，转换立即终止。使用外部参考时，拉高SHDN后2µs内可认为设备完全上电；使用内部参考时，需等待参考稳定。

  参考选择

• 内部参考：内部缓冲器在REF提供2.5V电压，内部参考电压可通过电路调整±100mV。
• 外部参考：可以连接到REF或REFADJ引脚。使用REFADJ输入时，无需对外部参考进行缓冲；使用REF输入时，需将REFADJ连接到VDD1以禁用内部缓冲器。

布局与接口

布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，建议使用PC板，避免使用绕线板。电路板布局应确保数字和模拟信号线相互分离，避免模拟和数字（尤其是时钟）线相互平行，或数字线位于ADC封装下方。建立单点模拟接地（星形接地点），将所有其他模拟接地连接到该点，数字系统接地仅在该点连接。对VDD1电源进行旁路，使用0.1µF和10µF电容器靠近MAX1080/MAX1081的引脚20连接到星形接地。

高速数字接口

MAX1080/MAX1081可以与QSPI接口，使用特定的电路（ (fSCLK =4.0 MHz) ， (CPOL=0) ， (CPHA=0) ），并且可以对每个通道进行转换，结果存储在内存中，减轻CPU负担。

TMS320LC3x接口

通过特定的步骤可以将MAX1080/MAX1081与TMS320在外部时钟模式下进行接口，包括配置TMS320的时钟、驱动CS引脚、写入控制字、监测SSTRB输出、读取转换结果等。

总结

MAX1080/MAX1081以其高采样率、低功耗、丰富的输入通道和灵活的配置等特点，在便携式数据记录、数据采集、医疗仪器、电池供电仪器等多个领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计电路时，可以根据具体的应用需求，充分发挥这两款ADC的优势，实现高效、稳定的模拟 - 数字转换。你在使用类似ADC产品时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。