MAX1165/MAX1166：低功耗16位并行接口模数转换器的卓越之选

在电子设计领域，模数转换器（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公司推出的两款低功耗16位并行接口模数转换器——MAX1165和MAX1166，看看它们在性能、应用和设计方面有哪些独特之处。

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一、产品概述

MAX1165/MAX1166是16位、低功耗、逐次逼近型模数转换器，具备自动掉电功能、工厂校准的内部时钟，以及16位宽（MAX1165）或字节宽（MAX1166）的并行接口。它们采用单+4.75V至+5.25V模拟电源和+2.7V至+5.25V数字电源供电，既可以使用内部4.096V参考电压，也支持外部参考电压。

在功耗方面，这两款转换器表现出色。在165ksps采样率下，使用外部参考电压时仅消耗1.8mA电流，使用内部参考电压时为2.7mA。通过AutoShutdown™功能，在10ksps采样率下，电源电流可降至0.1mA。这种低功耗特性使得它们非常适合高性能、电池供电的数据采集应用。

二、产品特性

1. 接口与速度

• 并行接口：MAX1165提供16位宽并行接口，MAX1166则为字节宽并行接口，能够与大多数微处理器实现高速连接。
• 高采样率：最高可达165ksps的采样率，满足高速数据采集的需求。

2. 精度与参考

• 高精度：具有±2.5 LSB的积分非线性（INL），16位无漏码，确保了转换结果的准确性。
• 参考电压：内部参考电压为4.096V，温度系数为25ppm/°C；外部参考电压范围为+3.8V至+5.25V。

3. 电源与功耗

• 电源范围：模拟电源电压为+4.75V至+5.25V，数字电源电压为+2.7V至+5.25V。
• 低功耗：不同参考电压和采样率下，电源电流低至0.1µA，有效延长电池续航时间。

4. 封装与温度范围

• 小封装：MAX1165采用28引脚TSSOP封装，MAX1166采用20引脚TSSOP封装，节省电路板空间。
• 宽温度范围：提供0°C至+70°C商业级和 -40°C至+85°C扩展级温度范围，适应不同的应用环境。

三、应用领域

MAX1165/MAX1166的高性能和低功耗特性使其在多个领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 温度传感器/监测：精确采集温度数据，为温度控制提供可靠依据。
• 工业过程控制：实时监测和控制工业生产过程中的各种参数。
• I/O板：实现模拟信号与数字信号的转换，提高系统的兼容性和灵活性。
• 数据采集系统：高效采集各种模拟信号，为数据分析和处理提供支持。
• 电缆/线束测试仪：检测电缆和线束的性能，确保信号传输的稳定性。
• 加速度计测量：准确测量加速度，应用于运动监测和控制领域。
• 数字信号处理：为数字信号处理系统提供高质量的模拟输入。

四、电气特性

1. 直流精度

• 分辨率：16位，能够提供高精度的转换结果。
• 相对精度：不同温度下，INL误差在±2至±4 LSB之间，保证了转换的准确性。
• 差分非线性：DNL误差在±1至±2 LSB之间，确保无漏码和单调传输函数。
• 过渡噪声：外部参考电压下的RMS噪声为0.65 LSB，内部参考电压下为0.7 LSB。
• 偏移误差：最大为1mV，增益误差为±0.02% FSR。
• 偏移漂移：0.6 ppm/°C，增益漂移为0.2 ppm/°C。

2. 动态性能

• 信噪比（SNR）：典型值为90dB，确保信号的高质量传输。
• 总谐波失真（THD）：最低为 -102dB，减少信号失真。
• 无杂散动态范围（SFDR）：典型值为105dB，提高信号的纯净度。
• 全功率带宽：-3dB点为4MHz，能够处理高频信号。
• 全线性带宽：SINAD > 81dB时为33kHz，满足不同频率信号的采集需求。

3. 转换速率

• 采样率：最高可达165ksps，实现快速数据采集。
• 孔径延迟：27ns，确保采样的及时性。
• 孔径抖动：小于100ps，减少采样误差。

4. 模拟输入

• 输入范围：0至40V REF，适应不同的模拟信号输入。
• 输入电容：40pF，对输入信号的影响较小。

5. 内部参考

• REF输出电压：4.054至4.136V，提供稳定的参考电压。
• REF输出温度系数：±25 ppm/°C，保证参考电压的稳定性。
• REF短路电流：±10mA，具备一定的短路保护能力。

6. 外部参考

• REFADJ缓冲禁用阈值：AV DD - 0.4V至AV DD - 0.1V，可灵活控制内部参考的启用和禁用。
• REF输入电压范围：3.8V至AV DD - 0.2V，支持多种外部参考电压。

7. 数字输入/输出

• 输入高电压：0.7 × DV DD，输入低电压为0.3 × DV DD，确保数字信号的正确识别。
• 输入泄漏电流：±0.1至±1µA，减少信号干扰。
• 输出高电压：DV DD - 0.4V，输出低电压为0.4V，满足数字信号的传输要求。

五、工作原理与操作

1. 转换操作

MAX1165/MAX1166采用逐次逼近（SAR）转换技术，结合固有的跟踪保持（T/H）阶段，将模拟输入转换为16位数字输出。通过CS和R/C信号控制采集和转换过程，具体操作如下：

• 第一个CS下降沿将设备上电并进入采集模式（R/C为低时）。
• 第二个CS下降沿决定参考和参考缓冲器的电源状态（R/C状态决定）。
• 第三个CS下降沿（R/C为高）将有效数据加载到总线上。

2. 模拟输入

• 输入带宽：ADC的输入跟踪电路具有4MHz的小信号带宽，可通过欠采样技术处理高速瞬态事件和高频信号。为避免混叠，需使用抗混叠滤波器。
• 输入保护：内部保护二极管将模拟输入钳位在AVDD和AGND之间，允许输入在AGND - 0.3V至AVDD + 0.3V范围内摆动，超过300mV时需限制输入电流至10mA。

3. 跟踪保持（T/H）

在跟踪模式下，模拟信号被采集到内部保持电容上；在保持模式下，T/H开关打开，电容DAC对模拟输入进行采样。采集时间（tACQ）与输入信号的源阻抗有关，可通过公式 (t{ACQ}=11left(RS{S}+R{IN}right) × 35 pF) 计算（ (R{IN}=800 Omega) ），且tACQ不小于1.1µs。为提高输入信号带宽，可使用宽带缓冲器驱动AIN。

4. 电源模式

• 待机模式：R/C为低时，设备进入待机模式，参考和参考缓冲器保持开启，下次CS下降沿（R/C为低）可立即开始采集，典型电源电流小于1mA。
• 关机模式：R/C为高时，设备进入关机模式，参考和参考缓冲器关闭，转换后电源电流降至0.5µA（典型值），唤醒时需10ms使内部参考恢复稳定。

5. 内部时钟

MAX1165/MAX1166内部生成转换时钟，减轻了微处理器的负担。进入保持模式（第二个CS下降沿）到转换结束（EOC下降）的总转换时间最大为4.7µs。

六、设计要点

1. 参考电压

• 内部参考：内部参考电压为4.096V，通过4.7µF和0.1µF电容分别旁路REF和REFADJ至AGND。可通过在REFADJ处吸收或提供电流对内部参考电压进行微调，调整范围为±1.5%。
• 外部参考：可将外部参考连接到REFADJ或REF，使用REFADJ输入时无需额外缓冲，但需在REF处使用1µF电容旁路。选择外部参考时需考虑其输出阻抗和负载能力，以及MAX1165/MAX1166的等效输入噪声。

2. 读取转换结果

EOC信号用于指示转换完成，其下降沿表示数据有效。D0 - D15为并行输出，在采集和转换期间保持高阻抗，第三个CS下降沿（R/C为高）后tDO时间将数据加载到总线上。MAX1165输出16位数据，MAX1166通过HBEN切换输出的高/低字节。

3. 复位操作

可通过RESET引脚进行复位，也可通过完成一次“虚拟”转换将ADC置于已知状态。

4. 输入缓冲

大多数应用需要输入缓冲放大器以实现16位精度。输入信号多路复用时，应在采集后立即切换输入通道，确保输入缓冲放大器有足够时间响应信号变化。对于交流应用，需使用宽带缓冲器驱动AIN。

5. 布局、接地和旁路

• 布局：使用印刷电路板，避免模拟和数字线路平行布线，数字信号路径不要布置在ADC封装下方。
• 接地：采用独立的模拟和数字接地平面，在靠近设备处单点连接。
• 旁路：AVDD通过0.1µF电容和1µF至10µF低ESR电容并联旁路至AGND，保持电容引脚短以减少杂散电感。

七、总结

MAX1165/MAX1166以其低功耗、高精度、高速度和灵活的接口等特性，成为高性能数据采集应用的理想选择。无论是在电池供电的设备中，还是对空间和功耗有严格要求的电路里，它们都能发挥出色的性能。在实际设计中，我们需要根据具体应用需求，合理选择参考电压、输入缓冲和布局方式，以充分发挥这两款转换器的优势。你在使用类似的模数转换器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。