MAX1303：4通道、±VREF多量程輸入的串行16位ADC

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天我們要深入探討的就是Maxim公司的一款高性能ADC——MAX1303，它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、航空電子和機(jī)器人等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

文件下載：MAX1303.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1303是一款多量程、低功耗的16位逐次逼近型ADC，采用單 +5V 電源供電，最高吞吐量可達(dá)115ksps。它擁有獨(dú)立的數(shù)字電源，能通過SPI - /QSPI? - /MICROWIRE? 兼容的串行接口與2.7V至5.25V的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字接口通信。該芯片具備部分掉電模式（典型供電電流1.3mA）和完全掉電模式（典型電源電流1μA），能有效降低功耗。

二、產(chǎn)品特性

2.1 輸入通道與量程

• 通道數(shù)量：提供四個(gè)單端或兩個(gè)真差分模擬輸入通道。
• 輸入量程：每個(gè)模擬輸入通道可通過軟件獨(dú)立編程，支持七種單端輸入范圍（0V至 +VREF/2、 -VREF/2至0V、0V至 +VREF、 -VREF至0V、±VREF/4、±VREF/2和±VREF）和三種差分輸入范圍（±VREF/2、±VREF和±2 x VREF）。

2.2 參考電壓

• 內(nèi)部參考：片上集成 +4.096V 參考電壓，提供了便捷的ADC解決方案。
• 外部參考：也可接受3.800V至4.136V的外部參考電壓。

2.3 其他特性

• 過壓耐受：輸入具有±6V的過壓耐受能力。
• 采樣速率：最大采樣速率可達(dá)115ksps。
• 封裝形式：采用20引腳TSSOP封裝，工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C。

三、電氣特性

3.1 直流精度

• 分辨率：16位。
• 積分非線性（INL）：MAX1303A和MAX1303B的INL典型值為±1.0 LSB，最大值分別為±2 LSB和±4 LSB。
• 差分非線性（DNL）：無漏碼，范圍為 -1至 +2 LSB。
• 過渡噪聲：外部或內(nèi)部參考時(shí)為1 LSBRMS。

3.2 動(dòng)態(tài)特性

• 信噪比（SNR）：差分輸入（FSR = 2 x VREF）時(shí)典型值為90dB，單端輸入不同F(xiàn)SR時(shí)也有相應(yīng)表現(xiàn)。
• 總諧波失真（THD）：典型值為 -98dB。
• 無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：典型值為92dB至99dB。

3.3 其他特性

• 孔徑延遲：典型值為15ns。
• 孔徑抖動(dòng)：典型值為100ps。
• 通道間隔離：典型值為105dB。

四、工作模式

4.1 轉(zhuǎn)換方法

• 外部時(shí)鐘模式（Mode 0）：最高最大吞吐量，用戶控制采樣時(shí)刻，轉(zhuǎn)換期間CS保持低電平，用戶在整個(gè)ADC轉(zhuǎn)換過程中提供SCLK并從DOUT讀取數(shù)據(jù)。
• 外部采集模式（Mode 1）：最低最大吞吐量，用戶控制采樣時(shí)刻，用戶提供兩個(gè)字節(jié)的SCLK，然后將CS置高以減輕處理器負(fù)載，ADC轉(zhuǎn)換完成后SSTRB變高，用戶再提供兩個(gè)字節(jié)的SCLK并從DOUT讀取數(shù)據(jù)。
• 內(nèi)部時(shí)鐘模式（Mode 2）：高最大吞吐量，內(nèi)部時(shí)鐘控制采樣時(shí)刻，用戶提供一個(gè)字節(jié)的SCLK，然后將CS置高，ADC轉(zhuǎn)換完成后SSTRB變高，用戶再提供兩個(gè)字節(jié)的SCLK并從DOUT讀取數(shù)據(jù)。

4.2 電源模式

• 復(fù)位（Mode 4）：將MAX1303復(fù)位到默認(rèn)條件，即全功率運(yùn)行，每個(gè)通道配置為±VREF、雙極性、單端轉(zhuǎn)換，使用外部時(shí)鐘模式。
• 部分掉電模式（Mode 6）：除參考電壓發(fā)生器和偏置電源外，設(shè)備的所有模擬部分都掉電。
• 完全掉電模式（Mode 7）：設(shè)備進(jìn)入完全掉電模式，總電源電流降至1μA（典型值）。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 電源配置

為了保持低噪聲環(huán)境，MAX1303為每個(gè)電路部分提供了獨(dú)立的電源。建議使用獨(dú)立的AVDD1、AVDD2、DVDD和DVDDO電源以實(shí)現(xiàn)最佳性能，也可將AVDD1、AVDD2和DVDD盡可能靠近設(shè)備連接在一起。同時(shí)，每個(gè)電源都應(yīng)通過0.1μF電容旁路到相應(yīng)的地。

5.2 布局與接地

精心的PCB布局對(duì)于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。電路板應(yīng)具有獨(dú)立的模擬和數(shù)字接地平面，確保數(shù)字和模擬信號(hào)相互分離。避免模擬和數(shù)字（尤其是時(shí)鐘）線路相互平行，或數(shù)字線路在設(shè)備封裝下方布線。

5.3 噪聲處理

可以通過額外采樣并平均（過采樣）來消除過渡噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。例如，對(duì)于2/3 LSBRMS（4 LSBP - P）的過渡噪聲，需要采集16個(gè)樣本才能將噪聲降低到1 LSBP - P。

六、總結(jié)

MAX1303作為一款高性能的16位ADC，憑借其多量程輸入、低功耗、高采樣速率等特性，在眾多應(yīng)用場景中都能發(fā)揮出色的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、配置電源和進(jìn)行PCB布局，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。各位工程師在使用過程中是否也遇到過類似芯片的應(yīng)用挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。