MAX1142/MAX1143：高性能14位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，而ADC（模拟数字转换器）的性能直接影响着整个系统的精度和稳定性。今天，我们就来深入探讨MAXIM公司的两款14位ADC——MAX1142和MAX1143，它们以其出色的性能和丰富的功能，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

MAX1142/MAX1143是两款采样率高达200ksps的14位ADC，采用串行接口，可直接与SPI™、QSPI™和MICROWIRE™设备连接，无需外部逻辑。它们集成了输入缩放网络、内部跟踪/保持电路、时钟、+4.096V参考以及三个通用数字输出引脚，封装为20引脚SSOP。其卓越的动态性能（SINAD ≥ 81 dB）、高速采样能力和低功耗（7.5mA），使其非常适用于工业过程控制、仪器仪表和医疗应用等领域。

输入范围

MAX1142可接受0至+12V（单极性）或±12V（双极性）的输入信号，而MAX1143则可接受0至+4.096V（单极性）或±4.096V（双极性）的输入信号。这种灵活的输入范围选择，能够满足不同应用场景的需求。

电源与功耗

它们采用单一的+4.75V至+5.25V模拟电源和+4.75V至+5.25V数字电源供电。在不同的数据速率下，其功耗表现出色。例如，在10ksps时，掉电模式可将电流消耗降至1mA；在更低的数据速率下，电源电流可进一步降低至小于20µA。

串行接口

串行选通输出（SSTRB）允许直接连接到TMS320系列数字信号处理器。用户可以选择内部时钟或外部串行接口时钟进行模数转换。

二、产品特性

高采样率与高精度

• 采样率：具有200ksps（双极性）和150ksps（单极性）的采样率，能够快速准确地采集模拟信号。
• 分辨率：14位分辨率，无漏码，保证了转换的精度。
• 线性度：保证1LSB的积分非线性（INL），确保了转换结果的准确性。
• 动态性能：最小SINAD为81dB，提供了良好的信号质量。

低功耗设计

• 正常模式：单极性模式下功耗仅为7.5mA。
• 关机模式：关机模式下功耗低至2.5µA，适合电池供电的应用。

灵活的输入范围

用户可通过软件配置单极性和双极性输入范围，满足不同应用的需求。

内部或外部参考与时钟

支持内部或外部参考和时钟，为设计提供了更多的灵活性。

串行接口兼容性

与SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，方便与各种微处理器和数字信号处理器连接。

用户可编程输出

提供三个用户可编程逻辑输出，可用于控制8通道MUX或PGA。

小封装

采用20引脚SSOP小封装，节省电路板空间。

三、电气特性

直流精度

• 分辨率：14位。
• 相对精度：单极性模式下，MAX114_A的INL为±1 LSB，MAX114_B的INL为±2 LSB。
• 差分非线性：单极性模式下DNL为±1 LSB。
• 偏移误差：单极性模式下为±4mV，双极性模式下为±6mV。
• 增益误差：单极性模式下为±0.2% FSR，双极性模式下为±0.3% FSR。
• 偏移漂移和增益漂移：双极性和单极性模式下，排除参考漂移后，偏移漂移和增益漂移均为±1 ppm/°C。

动态规格

在5kHz正弦波输入、200ksps采样率、4.8MHz时钟和双极性输入模式下，SINAD为81dB（fIN = 5kHz）和82dB（fIN = 100kHz），SNR为82dB（fIN = 5kHz和fIN = 100kHz），THD为 -88dB（fIN = 5kHz）和 -91dB（fIN = 100kHz），SFDR为90dB（fIN = 5kHz）和95dB（fIN = 100kHz）。

模拟输入

• 输入范围：MAX1142单极性为0至12V，双极性为 -12至12V；MAX1143单极性为0至4.096V，双极性为 -4.096至4.096V。
• 输入阻抗：MAX1142单极性为100 - 1000 kΩ，双极性为3.4 - 4.5 kΩ；输入电容为32 pF。

转换速率

• 内部时钟频率：4 MHz。
• 孔径延迟：10 ns。
• 孔径抖动：50 ps。

不同模式下的性能

• 模式1（24个外部时钟周期/转换）：外部时钟频率单极性和双极性均为0.1 - 4.8 MHz，采样率单极性和双极性均为4.17 - 200 ksps，转换时间单极性和双极性均为8 - 240 µs。
• 模式2（内部时钟模式）：外部时钟频率（仅数据传输）为8 MHz，转换时间SSTRB低脉冲宽度为4 - 6 µs，采集时间单极性为1.82 µs，双极性为1.14 µs。
• 模式3（32个外部时钟周期/转换）：外部时钟频率单极性或双极性均为0.1 - 4.8 MHz，采样率单极性或双极性均为3.125 - 150 ksps，转换时间单极性或双极性均为6.67 - 320 µs。

内部参考

• 输出电压：4.056 - 4.136 V。
• 短路电流：24 mA。
• 输出温度系数：±20 ppm/°C。
• 电容旁路：REF处为0.47 - 10 µF，REFADJ处最大为10 µF。
• REFADJ输出电压：4.096 V。
• REFADJ输入范围：可在4.096V基础上进行±100 mV的小调整。

外部参考

• 输入范围：3.0 - 4.2 V。
• 输入电流：VREF = 4.096V，fSCLK = 4.8MHz时为250 µA；VREF = 4.096V，fSCLK = 0时为230 µA；掉电模式下，fSCLK = 0时为0.1 µA。
• 输入高电压：2.4 V。
• 输入低电压：0.8 V。
• 输入泄漏：±1 µA。
• 输入滞后：0.2 V。
• 输入电容：10 pF。

数字输出

• 输出高电压：ISOURCE = 0.5mA时为DVDD - 0.5 V。
• 输出低电压：ISINK = 5mA时为0.4 V，ISINK = 16mA时为0.8 V。
• 三态泄漏电流：CS = DVDD时为±10 µA。
• 三态输出电容：CS = DVDD时为10 pF。

电源

• 模拟电源：4.75 - 5.25 V。
• 数字电源：4.75 - 5.25 V。
• 模拟电源电流：单极性模式下为5 - 8 mA，双极性模式下为8.5 - 11 mA；SHDN = 0或软件掉电模式下为0.3 - 10 µA。
• 数字电源电流：单极性或双极性模式下为2.5 - 3.5 mA；SHDN = 0或软件掉电模式下为2.2 - 10 µA。
• 电源抑制比：AVDD = DVDD = 4.75V至5.25V时为72 dB。

四、引脚描述

REF

参考缓冲输出/ADC参考输入，用于模数转换的参考电压。内部参考模式下，参考缓冲提供+4.096V标称输出，可在REFADJ处进行外部调整；外部参考模式下，将REFADJ拉至AVDD可禁用内部缓冲。使用内部参考时，需用2.2µF电容旁路至AGND。

REFADJ

带隙参考输出/带隙参考缓冲输入，需用0.22µF电容旁路至AGND。使用外部参考时，将REFADJ连接到AVDD可禁用内部带隙参考。

AGND

模拟地，是主要的模拟接地（星型接地）。

AVDD

模拟电源，5V ±5%，需用0.1µF电容旁路至AGND。

DGND

数字地。

SHDN

关机控制输入，将SHDN拉低可使ADC进入关机模式。

P2、P1、P0

用户可编程输出，上电默认状态为零，可用于驱动多路复用器、PGA或其他信号预处理电路。

SSTRB

串行选通输出，内部时钟模式下，转换开始时SSTRB变低，转换完成时变高；外部时钟模式下，在MSB决策前，SSTRB脉冲高电平一个时钟周期。CS为高电平时，外部时钟模式下SSTRB为高阻抗。

DOUT

串行数据输出，MSB优先，单极性输入为直二进制格式，双极性输入为补码格式。每个位在SCLK的下降沿从DOUT输出。

RST

复位输入，将RST拉低可使设备进入上电默认模式。

SCLK

串行数据时钟输入，SCLK的上升沿加载DIN上的串行数据，SCLK的下降沿更新DOUT上的串行数据。外部时钟模式下，SCLK设置转换速度。

DIN

串行数据输入，DIN上的串行数据在SCLK的上升沿锁存。

CS

芯片选择输入，将CS拉低可启用串行接口。CS为高电平时，DOUT为高阻抗。外部时钟模式下，CS为高电平时SSTRB为高阻抗。

CREF

参考缓冲旁路，需用1µF电容旁路至AGND。

AIN

模拟输入。

五、详细工作原理

转换技术

MAX1142/MAX1143采用逐次逼近技术和输入跟踪/保持（T/H）电路，将模拟信号转换为14位数字输出。它们可以轻松与微处理器接口，数据位可以在外部时钟模式下的转换过程中读取，也可以在内部时钟模式下的转换完成后读取。

校准

为了最小化线性度、偏移和增益误差，MAX1142/MAX1143具有按需软件校准功能。通过写入控制字节（M1 = 0，M0 = 1）启动校准，并通过设置控制字节中的INT/EXT位选择内部或外部时钟进行校准。校准电路可以消除同步噪声（如转换时钟）引起的偏移，但如果时钟或其他数字信号的形状或相对时序发生变化，可能需要重新校准。

输入缩放

输入缩放器允许在单+5V电源下转换真正的双极性输入电压。它根据需要对输入进行衰减和移位，将外部输入范围映射到内部DAC的输入范围。MAX1142的模拟输入范围为0至+12V（单极性）或±12V（双极性），MAX1143的模拟输入范围为0至+4.096V（单极性）或±4.096V（双极性）。单极性和双极性模式的选择通过串行控制字节的第6位进行配置。

数字接口

数字接口引脚包括SHDN、RST、SSTRB、DOUT、SCLK、DIN和CS。SHDN拉低时，设备进入2.5µA关机模式；RST拉低时，设备停止运行并返回上电复位状态。外部时钟模式下，SSTRB在转换开始时低电平并脉冲高电平一个时钟周期；内部时钟模式下，SSTRB在转换开始时变低，转换完成时变高。DIN接受控制字节数据，在SCLK的上升沿时钟输入；SCLK是串行数据传输时钟，也在外部时钟模式下驱动A/D转换步骤；DOUT是转换结果的串行输出，在SCLK的下降沿更新；CS必须为低电平，设备才能接受控制字节。

用户可编程输出

MAX1142/MAX1143有三个用户可编程输出P0、P1和P2，上电默认状态为零。它们是推挽CMOS输出，可用于驱动多路复用器、PGA或其他信号预处理电路。用户可编程输出由控制字节的第0、1和2位控制。

启动转换

通过将控制字节时钟输入到设备的内部移位寄存器来启动转换。CS为低电平时，SCLK的每个上升沿将DIN的一个位时钟输入到内部移位寄存器。CS变低或转换或校准完成后，第一个逻辑“1”被定义为控制字节的起始位。在采集或转换过程中，如果CS变高然后变低，设备将进入可以识别新起始位的状态。如果在当前转换完成前出现新的起始位，当前转换将被中止，新的采集将启动。

内部和外部时钟模式

• 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A/D转换步骤。短采集模式下，SSTRB在起始位后的第七个SCLK下降沿后脉冲高电平一个时钟周期，转换的MSB在第八个SCLK下降沿出现在DOUT；长采集模式下，SSTRB在起始位后的第十五个SCLK下降沿后脉冲高电平一个时钟周期，转换的MSB在第十六个SCLK下降沿出现在DOUT。
• 内部时钟模式：MAX1142/MAX1143生成自己的转换时钟，减轻了微处理器运行SAR转换时钟的负担，允许以高达8MHz的任何时钟速率方便地读取转换结果。转换开始时SSTRB变低，转换完成时变高。SSTRB最多低电平6µs，在此期间SCLK应保持低电平以获得最佳噪声性能。转换进行时，内部寄存器存储数据，转换完成后，SCLK可将数据从内部存储寄存器时钟输出。

输出数据格式

单极性转换的输出数据格式为直二进制，双极性模式为补码格式。两种模式下，MSB首先从MAX1142/MAX1143移出。

六、应用信息

上电复位

上电或RST脉冲低电平时，内部校准寄存器设置为默认值，用户可编程寄存器（P0、P1和P2）为低电平，设备配置为双极性模式和内部时钟。

校准

为了补偿温度漂移和其他变化，应定期对MAX1142/MAX1143进行校准。环境温度变化超过10°C、电源电压变化100mV或参考电压变化时，应进行校准。校准可以校正增益、偏移、积分非线性和差分非线性误差。通过在控制字节中设置M1 = 0和M0 = 1启动校准，校准应在与转换相同的时钟模式下进行。

参考

MAX1142/MAX1143可以使用内部或外部参考。内部参考模式下，需在REFADJ和AGND之间放置0.22µF陶瓷电容，在REF和AGND之间放置2.2µF电容，并可通过在REFADJ处吸收或提供电流进行微调。外部参考可以连接到REF或REFADJ引脚，使用REFADJ输入时，外部参考无需缓冲；连接到REF时，REFADJ必须连接到AVDD，且REF处的外部参考在转换期间必须提供250µA直流负载电流，输出阻抗应小于10Ω。

模拟输入

MAX1142/MAX1143使用电容DAC提供固有的跟踪/保持功能，AIN应使用源阻抗小于10Ω的信号驱动，信号调理电路必须在小于500ns内以16位精度稳定。输入带宽应限制在采样频率的一半以下，以消除混叠。

输入范围

单极性模式下，MAX1142的模拟输入范围为0至+12V，MAX1143为0至+4.096V；双极性模式下，MAX1142为 -12V至+12V，MAX1143为 -4.096V至+4.096V。单极性和双极性模式通过控制字节的UNI/BIP位编程。使用非内部+4.096V参考时，满量程输入范围将相应变化。

输入采集和稳定

时钟输入控制字节启动输入采集。双极性模式下，主电容阵列在识别起始位后立即