MAX1112/MAX1113：低功耗多通道串行8位ADC的详细解析

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重要桥梁。MAX1112/MAX1113作为MAXIM推出的+5V低功耗、多通道、串行8位ADC，以其出色的性能和灵活的配置，在众多应用场景中展现出独特的优势。

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一、产品概述

1. 关键特性

MAX1112/MAX1113具备内部跟踪/保持电路、电压基准、时钟和串行接口，工作在4.5V至5.5V单电源下。在50ksps采样率时，功耗仅135µA；在1ksps时，功耗可低至13µA。其中，MAX1112有8通道单端或4通道差分输入，MAX1113有4通道单端或2通道差分输入。它们还支持SPI、QSPI、MICROWIRE等串行接口标准，且软件可配置单极性或双极性输入，总未调整误差最大为±1 LSB（典型值±0.3 LSB）。

2. 应用领域

广泛应用于便携式数据记录、手持测量设备、医疗仪器、系统诊断、太阳能供电远程系统以及4mA至20mA供电的远程数据采集系统等领域。

二、电气特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位，能够满足大多数中等精度的应用需求。
• 相对精度：INL最大±0.5 LSB，典型值±0.1 LSB，保证了转换结果的准确性。
• 差分非线性：DNL最大±1 LSB，确保在整个转换范围内无丢码现象。
• 偏移误差：最大±1 LSB，典型值±0.3 LSB，减少了零点误差对测量结果的影响。
• 增益误差：使用内部或外部基准时，最大±1 LSB。
• 增益温度系数：使用4.096V外部基准时，典型值±0.8 ppm/°C，保证了在不同温度环境下的稳定性。

2. 动态特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值49 dB，反映了信号质量和抗干扰能力。
• 总谐波失真（THD）：典型值 -70 dB，有效抑制了谐波干扰。
• 无杂散动态范围（SFDR）：典型值68 dB，保证了信号的纯净度。
• 通道间串扰：在特定条件下典型值 -75 dB，减少了通道间的相互干扰。
• 小信号带宽：-3dB滚降时典型值1.5 MHz，可处理高频信号。
• 全功率带宽：典型值800 kHz，适用于一定频率范围的信号采集。

3. 其他参数

• 转换时间：内部时钟时典型值25µs，外部时钟（500kHz，10个时钟/转换周期）时也有相应的时间要求。
• 跟踪/保持采集时间：外部时钟2MHz时最小10ns。
• 孔径抖动：小于50 ps，保证了采样的准确性。
• 内部时钟频率：范围在400kHz至500kHz。
• 模拟输入电压范围：单端和差分输入根据不同配置有不同的范围，同时要注意输入电压的限制，避免损坏器件。

三、工作原理

1. 伪差分输入

在单端模式下，IN+连接到所选输入通道，IN - 连接到COM；在差分模式下，IN+和IN - 从特定的通道对中选择。在差分模式中，只有IN+的信号被采样，IN - 必须在转换期间相对于AGND保持稳定在±0.5 LSB（最佳结果为±0.1 LSB），必要时可连接0.1µF电容到AGND。

2. 跟踪/保持

T/H在8位控制字节的第6位移入后的下降沿进入跟踪模式，第8位移入后的下降沿进入保持模式。根据输入模式的不同，采样相应的信号。

3. 输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有1.5MHz的小信号带宽，可通过欠采样技术对高速瞬态事件进行数字化和测量带宽超过采样率的周期性信号，但建议使用抗混叠滤波以避免高频信号混叠。

四、使用方法

1. 启动转换

通过将控制字节时钟输入到DIN来启动转换。CS为低电平时，SCLK的上升沿将DIN的位时钟输入到内部移位寄存器。第一个逻辑“1”位定义控制字节的MSB。控制字节的格式决定了转换模式、通道选择、时钟模式和电源模式等。

2. 时钟模式

• 外部时钟模式：外部时钟不仅用于数据的移入和移出，还驱动模数转换步骤。SSTRB在控制字节的最后一位后脉冲高电平两个时钟周期，转换结果在后续的SCLK下降沿输出。
• 内部时钟模式：µP无需运行SAR转换时钟，转换结果可在处理器方便时读取。SSTRB在转换开始时变低，转换完成时变高。

3. 数据帧格式

CS的下降沿不启动转换，第一个逻辑高电平输入到DIN被解释为起始位，转换在控制字节的第8位（PD0位）时钟输入到DIN后的SCLK下降沿开始。

五、应用注意事项

1. 上电复位

上电时，如果SHDN未拉低，内部上电复位电路使器件在内部时钟模式下激活。SSTRB在上电时为高电平，CS为低电平时，DIN的第一个逻辑“1”被解释为起始位。在参考电压稳定之前，不应进行转换。

2. 电源管理

• 软件电源管理：通过控制字节的PD1位激活，转换完成后进入低静态电流状态。第一个逻辑“1”输入到DIN可唤醒器件。
• 硬线电源管理：拉低SHDN使器件进入硬线掉电状态，同时控制内部基准的状态。

3. 参考电压

• 外部参考：1V至VDD的外部参考应直接连接到REFIN，参考源需具备一定的负载能力和低输出阻抗。
• 内部参考：将REFIN连接到REFOUT使用内部参考，满量程范围根据输入模式有所不同，且需用1µF电容旁路到AGND。

4. 布局、接地和旁路

为获得最佳性能，建议使用印刷电路板，避免使用绕线板。数字和模拟信号线应分开，避免平行布线。建立单点模拟接地（星型接地），并使用电容对电源进行旁路，以减少噪声干扰。

六、选型与订购

MAX1112/MAX1113提供不同的温度范围和封装选择，如MAX1112CAP+适用于0°C至+70°C，采用20 SSOP封装；MAX1113CEE+适用于0°C至+70°C，采用16 QSOP封装。

MAX1112/MAX1113凭借其低功耗、多通道、灵活配置等优点，为电子工程师在设计模拟 - 数字转换系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，合理运用其特性和注意事项，能够充分发挥其性能，满足各种不同的应用需求。大家在使用过程中，是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。