探索MAX1295/MAX1297：低功耗12位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是至關(guān)重要的組件，它能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為后續(xù)的數(shù)字處理提供基礎(chǔ)。今天，我們就來深入了解一下MAX1295/MAX1297這兩款低功耗、12位的ADC，看看它們有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1295/MAX1297采用逐次逼近型ADC技術(shù)，具備自動掉電、快速喚醒（僅需2μs）功能，還集成了片內(nèi)時(shí)鐘、+2.5V內(nèi)部基準(zhǔn)以及高速12位并行接口。它們只需單一的+2.7V至+3.6V模擬電源即可工作，在265ksps的最大采樣率下，功耗僅為5.4mW。這兩款器件提供了兩種軟件可選的掉電模式，可在轉(zhuǎn)換間隙關(guān)閉，通過訪問并行接口又能恢復(fù)正常工作。在較低采樣率下，轉(zhuǎn)換間隙掉電可將電源電流降低至10μA以下。

二、產(chǎn)品特性

高精度與高性能

• 分辨率與線性度：擁有12位分辨率，±0.5 LSB的線性度，能提供精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 動態(tài)性能：在動態(tài)指標(biāo)方面表現(xiàn)出色，如信號與噪聲加失真比（SINAD）可達(dá)70dB，總諧波失真（THD）低至 -78dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）為80dB等，能滿足對信號質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場景。

靈活的輸入配置

• 軟件可配置輸入：支持單極性/雙極性以及單端/偽差分操作，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。在單端模式下，MAX1295有6個(gè)輸入通道，MAX1297有2個(gè)輸入通道；在偽差分模式下，分別為3個(gè)和1個(gè)輸入通道。

低功耗設(shè)計(jì)

• 多模式低電流：不同采樣率下電流消耗不同，265ksps時(shí)為1.9mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，關(guān)機(jī)模式下僅2μA，有效降低系統(tǒng)功耗。

便捷的接口與小封裝

• 并行接口：采用并行12位接口，方便與標(biāo)準(zhǔn)微處理器連接，簡化設(shè)計(jì)。
• 小尺寸封裝：MAX1295采用28引腳QSOP封裝，MAX1297采用24引腳QSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

三、工作原理

轉(zhuǎn)換技術(shù)

采用逐次逼近（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）級將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出。在采樣階段，選擇的正輸入（IN+）對電容CHOLD充電，轉(zhuǎn)換開始時(shí)，輸入多路復(fù)用器將CHOLD從正輸入切換到負(fù)輸入，電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）在轉(zhuǎn)換周期的剩余時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，使比較器正輸入端的節(jié)點(diǎn)ZERO恢復(fù)到0V，從而實(shí)現(xiàn)對模擬輸入信號的數(shù)字化表示。

輸入模式

• 單端操作：IN+內(nèi)部切換到相應(yīng)通道，IN - 切換到COM，轉(zhuǎn)換器對正輸入進(jìn)行采樣。
• 偽差分操作：IN+和IN - 從模擬輸入對中選擇，僅對IN+的信號進(jìn)行采樣，在轉(zhuǎn)換過程中，IN - 必須相對于GND保持在±0.5 LSB（最佳性能為±0.1 LSB）的穩(wěn)定范圍內(nèi)，可通過連接0.1μF電容到GND來實(shí)現(xiàn)。

跟蹤/保持（T/H）

T/H級在WR上升沿進(jìn)入跟蹤模式，在不同的采集模式下進(jìn)入保持模式的條件不同。在單端操作中，IN - 連接到COM，采樣正輸入；在偽差分操作中，IN - 連接到負(fù)輸入，采樣兩者差值。輸入信號的采集時(shí)間取決于其輸入電容的充電速度，計(jì)算公式為(t{ACQ}=9(RS + R{IN})C_{IN})，當(dāng)源阻抗低于3kΩ時(shí)，對AC性能無顯著影響，若源阻抗較高，可連接0.01μF電容到模擬輸入，但會形成RC濾波器，限制信號帶寬。

啟動轉(zhuǎn)換

通過寫入控制字節(jié)來啟動轉(zhuǎn)換，該字節(jié)可選擇多路復(fù)用器通道并配置單極性或雙極性操作。寫脈沖（WR + CS）可啟動采集間隔或同時(shí)啟動采集和轉(zhuǎn)換。采集模式有內(nèi)部和外部兩種可選，轉(zhuǎn)換周期在內(nèi)部或外部時(shí)鐘及采集模式下均持續(xù)13個(gè)時(shí)鐘周期。在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)寫入新的控制字節(jié)會中止當(dāng)前轉(zhuǎn)換并開始新的采集間隔。

時(shí)鐘模式

• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：控制字節(jié)的D7位設(shè)為1，D6位設(shè)為0可選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式，此時(shí)CLK引腳需拉高或拉低，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6μs，可減輕微處理器運(yùn)行SAR轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)。
• 外部時(shí)鐘模式：控制字節(jié)的D6和D7位設(shè)為1選擇外部時(shí)鐘模式，推薦使用100kHz至4.8MHz、占空比為30%至70%的時(shí)鐘頻率，過低的時(shí)鐘頻率會因T/H級保持電容的電壓下降而降低性能。

四、電氣特性

直流精度

分辨率為12位，相對精度（INL）在MAX129_A系列為±0.5 LSB，MAX129_B系列為±1 LSB，差分非線性（DNL）無缺碼，增益溫度系數(shù)為±2.0 ppm/°C ，通道間偏移匹配為±0.2 LSB。

動態(tài)指標(biāo)

如前文所述，SINAD、THD、SFDR等指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，滿線性帶寬為250kHz，滿功率帶寬為3MHz。

轉(zhuǎn)換速率

不同模式下轉(zhuǎn)換時(shí)間有所不同，外部時(shí)鐘模式下為3.3μs，外部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下為2.5 - 3.5μs，內(nèi)部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下為3.2 - 4.1μs。跟蹤/保持采集時(shí)間為625ns，孔徑延遲和抖動在不同模式下有相應(yīng)規(guī)定。

五、應(yīng)用場景

憑借其低功耗、高精度、小封裝和靈活配置等特點(diǎn)，MAX1295/MAX1297適用于多種應(yīng)用場景，如工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄、能源管理、病人監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和觸摸屏等。在電池供電設(shè)備中，其低功耗特性可延長電池續(xù)航時(shí)間；在對空間要求較高的電路中，小尺寸封裝能節(jié)省電路板空間。

六、使用注意事項(xiàng)

參考電壓

可使用內(nèi)部或外部參考電壓。使用內(nèi)部參考時(shí)，需在REF和GND之間連接至少4.7μF的外部電容以減少參考噪聲和開關(guān)尖峰，在REFADJ和GND之間連接0.01μF電容進(jìn)一步降低噪聲。使用外部參考時(shí)，可連接到REF或REFADJ，連接到REFADJ時(shí)無需緩沖，連接到REF時(shí)需禁用內(nèi)部參考緩沖器，且外部參考需提供足夠的負(fù)載電流和低輸出阻抗。

模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管可使輸入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范圍內(nèi)擺動而不受損壞，但為保證接近滿量程的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，輸入不應(yīng)超過（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。若輸入電壓超過電源50mV以上，需將正向偏置輸入電流限制在4mA。

電源上電復(fù)位

上電時(shí)，內(nèi)部電源上電復(fù)位電路會使器件在外部時(shí)鐘模式下啟動并將INT置高，電源穩(wěn)定后，內(nèi)部復(fù)位時(shí)間為10μs，此期間不應(yīng)嘗試進(jìn)行轉(zhuǎn)換。使用內(nèi)部參考時(shí)，VREF穩(wěn)定需要500μs。

總之，MAX1295/MAX1297是一款性能出色、應(yīng)用廣泛的12位ADC，電子工程師在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，可充分利用其特性，結(jié)合實(shí)際需求，打造出高性能、低功耗的電子系統(tǒng)。大家在使用這些器件時(shí)，有沒有遇到過什么特別的問題或有趣的應(yīng)用案例呢？歡迎在評論區(qū)分享。