高速8位ADC：MAX165/MAX166的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁。今天要為大家詳細(xì)介紹的MAX165/MAX166，是Maxim公司推出的CMOS P兼容、5μs轉(zhuǎn)換時間的8位ADC，它們在高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX165/MAX166是高速（5μs）、微處理器（μP）兼容的8位ADC，自帶跟蹤/保持（T/H）功能。T/H功能使得高達(dá)50kHz（386mV/μs壓擺率）的滿量程信號能夠被準(zhǔn)確采集和數(shù)字化。這兩款A(yù)DC采用逐次逼近技術(shù)，實現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)換和低功耗。它們使用+5V電源和內(nèi)部或外部+1.23V參考電壓，可接受0V至2VREF范圍內(nèi)的單端（MAX165）或差分（MAX166）電壓輸入。

二、關(guān)鍵特性

2.1 高性能指標(biāo)

• 轉(zhuǎn)換時間：僅需5μs，能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
• 信號帶寬：高達(dá)50kHz，可處理高頻信號。
• 誤差控制：最大總未調(diào)整誤差為±1LSB，保證了較高的轉(zhuǎn)換精度。
• 功耗：典型功耗僅15mW，適合低功耗應(yīng)用。

2.2 集成特性

• 內(nèi)置跟蹤/保持：有效采集高速信號。
• 內(nèi)部1.23V帶隙參考和緩沖：提供穩(wěn)定的參考電壓。
• 8位μP接口：方便與各種微處理器連接。
• 100ns數(shù)據(jù)訪問時間：快速獲取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.3 封裝優(yōu)勢

采用小尺寸封裝，節(jié)省電路板空間，并且MAX165可直接替代MX7575，方便升級。

三、電氣特性

3.1 參考電壓

REFIN范圍為1.16V至1.29V，REFIN電流為500μA。REFOUT電壓在25°C時為1.18V至1.23V，負(fù)載調(diào)整率為3mV，電源靈敏度和溫度漂移也有相應(yīng)的指標(biāo)要求。

3.2 邏輯輸入輸出

邏輯輸入（CS、RD、MODE）有特定的電壓和電流要求，輸入電容為10pF。邏輯輸出（BUSY、DO - D7）的輸出電壓和電流也有明確規(guī)定，浮空狀態(tài)輸出電容為10pF。

3.3 時鐘

時鐘輸入有特定的高低電壓和電流要求，使用外部時鐘時，fCLK = 4MHz時轉(zhuǎn)換時間為5μs；使用內(nèi)部時鐘時，轉(zhuǎn)換時間為5 - 15μs。

3.4 電源要求

電源電壓為±5%范圍內(nèi)，電源電流根據(jù)不同型號有所不同，功耗為15mW，電源抑制比也有相應(yīng)指標(biāo)。

四、微處理器接口

4.1 接口模式

• 慢內(nèi)存接口模式：適用于具有至少5μs等待狀態(tài)能力的微處理器，如8085A。通過執(zhí)行內(nèi)存讀取操作啟動轉(zhuǎn)換，BUSY信號使微處理器進(jìn)入等待狀態(tài)，轉(zhuǎn)換結(jié)束后更新數(shù)據(jù)。
• ROM接口模式：微處理器無需進(jìn)入等待狀態(tài)。通過讀取指令啟動轉(zhuǎn)換并訪問舊數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換結(jié)束后再次讀取指令可訪問新數(shù)據(jù)并啟動下一次轉(zhuǎn)換。
• 異步轉(zhuǎn)換模式（僅MAX166）：將MODE引腳置低，MAX166進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，RD和CS輸入僅用于讀取數(shù)據(jù)。

4.2 信號采集接口

為了實現(xiàn)等間隔采樣，可使用實時時鐘控制轉(zhuǎn)換啟動，采樣時刻應(yīng)與ADC時鐘同步。同時，CS和RD不應(yīng)在時鐘下降沿20ns內(nèi)變低，以保證采樣精度。

五、跟蹤/保持功能

T/H由采樣電容和開關(guān)組成，在轉(zhuǎn)換開始時跟蹤輸入信號，在CS和RD變低后的第三個時鐘下降沿開始保持信號。它能采集壓擺率高達(dá)386mV/μs的信號，SNR與輸入頻率的關(guān)系可參考相關(guān)圖表。但當(dāng)轉(zhuǎn)換時間顯著長于5μs時，器件精度可能會略有下降。

六、差分輸入（MAX166）

MAX166可轉(zhuǎn)換0V至2VREF范圍內(nèi)的差分輸入，能減少輸入放大器的輸出擺幅要求，還可抑制低頻共模信號。但在轉(zhuǎn)換過程中，AIN - 的電壓應(yīng)相對穩(wěn)定，否則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差。

七、內(nèi)部參考和時鐘

7.1 內(nèi)部參考

MAX165/MAX166具有內(nèi)部1.23V帶隙參考和緩沖，參考緩沖需要4.7μF低ESR電容進(jìn)行補(bǔ)償。若使用外部參考，可將REFOUT引腳連接到VDD以禁用內(nèi)部參考。

7.2 內(nèi)部/外部時鐘

• 內(nèi)部時鐘：由外部電容CcLK和電阻RcLK設(shè)置振蕩頻率，典型轉(zhuǎn)換時間與溫度的關(guān)系可參考相關(guān)圖表。但由于工藝變化，振蕩頻率可能有±50%的偏差，在對轉(zhuǎn)換時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用中，建議使用外部時鐘。
• 外部時鐘：CLK輸入可由74HC或4000B系列緩沖器或帶5.6k上拉電阻的LS TTL驅(qū)動，時鐘占空比可在70/30至30/70之間變化。

八、應(yīng)用信息

8.1 單極性操作

單極性操作時，MAX165/MAX166的失調(diào)和滿量程誤差較小，多數(shù)情況下無需校準(zhǔn)。若需要校準(zhǔn)，可分別進(jìn)行失調(diào)調(diào)整和滿量程調(diào)整。

8.2 雙極性操作

雙極性操作時，輸出代碼為偏移二進(jìn)制，模擬輸入范圍為±2.46V。多數(shù)情況下精度足夠，無需校準(zhǔn)；若需要校準(zhǔn)，同樣可進(jìn)行失調(diào)和滿量程調(diào)整。

8.3 噪聲和布局

為了減少噪聲耦合，應(yīng)盡量縮短輸入信號和信號返回線的長度，使用屏蔽電纜或雙絞線。同時，要盡量減小ADC地和信號源地之間的電位差，驅(qū)動源電阻應(yīng)低于2kΩ。在PCB布局時，要將數(shù)字線和模擬線分開，建立獨(dú)立的模擬地，并通過單軌連接到數(shù)字系統(tǒng)地。

九、訂購信息

MAX165/MAX166提供多種溫度范圍和封裝選項，用戶可根據(jù)實際需求選擇合適的型號。

總之，MAX165/MAX166憑借其高速、高精度、低功耗等優(yōu)勢，在眾多領(lǐng)域都有出色的表現(xiàn)。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可根據(jù)具體應(yīng)用場景充分發(fā)揮它們的性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。