深入解析MAX1265/MAX1267：高性能12位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討MAXIM公司推出的兩款低功耗、12位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）——MAX1265和MAX1267，它們以其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭力。

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產(chǎn)品概述

MAX1265和MAX1267采用逐次逼近型（SAR）轉(zhuǎn)換技術(shù)和輸入跟蹤/保持（T/H）階段，能夠?qū)⒛M輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字輸出。這兩款A(yù)DC具有自動(dòng)斷電、快速喚醒（2μs）、片上時(shí)鐘、+2.5V內(nèi)部參考和高速12位并行接口等特性。它們僅需單 +2.7V至 +3.6V模擬電源供電，在最大采樣率265ksps時(shí)，功耗僅為5.4mW。此外，它們還提供軟件可選的斷電模式，可在轉(zhuǎn)換之間關(guān)閉，通過訪問并行接口即可恢復(fù)正常操作。在較低采樣率下，轉(zhuǎn)換之間斷電可將電源電流降至10μA以下。

特性亮點(diǎn)

高精度與高分辨率

• 12位分辨率：能夠提供精確的數(shù)字輸出，±0.5 LSB的線性度確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
• 內(nèi)部 +2.5V參考：為轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的參考電壓，減少誤差。

靈活的輸入配置

• 軟件可配置的模擬輸入：支持單極/雙極和單端/偽差分操作。MAX1265在單端模式下有六個(gè)輸入通道，MAX1267有兩個(gè)；在偽差分模式下，分別為三個(gè)和一個(gè)輸入通道。
• 低電流消耗：不同采樣率下電流消耗不同，如265ksps時(shí)為1.9mA，100ksps時(shí)為1.0mA，10ksps時(shí)為400μA，關(guān)機(jī)模式下僅為2μA。

高速與高性能

• 內(nèi)部3MHz全功率帶寬跟蹤/保持：能夠處理高速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的采樣。
• 并行12位接口：方便與標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

小封裝尺寸

• 28引腳QSOP（MAX1265）和24引腳QSOP（MAX1267）：節(jié)省電路板空間，適用于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

電氣特性

直流精度

• 分辨率：12位，確保了較高的測量精度。
• 相對(duì)精度：MAX126_A型號(hào)的相對(duì)精度為±0.5 LSB，MAX126_B型號(hào)為±1 LSB。
• 差分非線性：±1 LSB，保證無丟失碼，實(shí)現(xiàn)單調(diào)傳遞函數(shù)。
• 偏移誤差和增益誤差：均為±4 LSB，可通過校準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。
• 增益溫度系數(shù)：±2.0 ppm/°C，確保在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。

動(dòng)態(tài)特性

• 信噪比加失真（SINAD）：在50kHz輸入頻率、2.5VP - P輸入電壓和265ksps采樣率下，可達(dá)67 - 70 dB。
• 總諧波失真（THD）：包括5次諧波時(shí)為 - 78 dB，有效減少諧波干擾。
• 無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：80 dB，提供清晰的信號(hào)輸出。
• 互調(diào)失真（IMD）：76 dB，確保多信號(hào)輸入時(shí)的性能。
• 通道間串?dāng)_： - 78 dB，減少通道間的干擾。
• 全線性帶寬：250 kHz，SINAD > 68dB，可處理較寬頻率范圍的信號(hào)。
• 全功率帶寬：3 MHz， - 3dB滾降，滿足高速信號(hào)處理需求。

轉(zhuǎn)換速率

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：外部時(shí)鐘模式下為2.5 - 3.5 μs，外部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下為3.2 - 4.1 μs，內(nèi)部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下也有相應(yīng)的時(shí)間范圍。
• 跟蹤/保持采集時(shí)間：625 ns，確保快速準(zhǔn)確的信號(hào)采集。
• 孔徑延遲：50 ns，減少采樣延遲。
• 孔徑抖動(dòng)：內(nèi)部采集/內(nèi)部時(shí)鐘模式下 < 200 < 50 ps，提高采樣穩(wěn)定性。
• 外部時(shí)鐘頻率：0.1 - 4.8 MHz，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

模擬輸入

• 輸入電壓范圍：單端和差分輸入模式下，單極時(shí)為0 - VREF，雙極時(shí)為 - VREF/2 - +VREF/2。
• 多路復(fù)用器泄漏電流：±0.01 - ±1 μA，減少信號(hào)泄漏。
• 輸入電容：12 pF，對(duì)輸入信號(hào)的影響較小。

內(nèi)部參考

• REF輸出電壓：2.49 - 2.51 V，提供穩(wěn)定的參考電壓。
• REF短路電流：15 mA，確保參考電路的安全性。
• REF溫度系數(shù)：±20 ppm/°C，保證參考電壓在不同溫度下的穩(wěn)定性。
• REFADJ輸入范圍：±100 mV，可進(jìn)行小范圍的參考電壓調(diào)整。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：0 - 0.5mA輸出負(fù)載時(shí)為0.2 mV/mA，確保參考電壓的穩(wěn)定性。
• 電容旁路：REFADJ處為0.01 - 1 μF，REF處為4.7 - 10 μF，減少參考噪聲。

數(shù)字輸入和輸出

• 輸入電壓高和低：分別為2.0 V和0.8 V，確保數(shù)字信號(hào)的正確識(shí)別。
• 輸入滯后：200 mV，提高抗干擾能力。
• 輸入泄漏電流：±0.1 - ±1 μA，減少信號(hào)泄漏。
• 輸入電容：15 pF，對(duì)輸入信號(hào)的影響較小。
• 輸出電壓低和高：分別為0.4 V和VDD - 0.5 V，確保數(shù)字信號(hào)的正確輸出。
• 三態(tài)泄漏電流：±0.1 - ±1 μA，減少信號(hào)泄漏。
• 三態(tài)輸出電容：15 pF，對(duì)輸出信號(hào)的影響較小。

電源要求

• 模擬電源電壓：2.7 - 3.6 V，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 正電源電流：不同模式下電流消耗不同，如工作模式下內(nèi)部參考時(shí)為2.5 - 2.8 mA，外部參考時(shí)為1.9 - 2.3 mA；待機(jī)模式下內(nèi)部參考時(shí)為0.9 - 1.2 mA，外部參考時(shí)為0.5 - 0.8 mA；關(guān)機(jī)模式下為2 - 10 μA。
• 電源抑制比：±0.4 - ±0.9 mV，有效減少電源噪聲對(duì)ADC的影響。

工作原理

單端和偽差分操作

在單端模式下，IN+內(nèi)部切換到不同通道，IN - 切換到COM；在差分模式下，IN+和IN - 從模擬輸入對(duì)中選擇。在采集間隔內(nèi)，正輸入（IN+）對(duì)電容CHOLD充電，轉(zhuǎn)換間隔開始時(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）進(jìn)行調(diào)整，以恢復(fù)比較器正輸入節(jié)點(diǎn)0到0V，形成模擬輸入信號(hào)的數(shù)字表示。

模擬輸入保護(hù)

內(nèi)部保護(hù)二極管將模擬輸入鉗位到VDD和GND，允許每個(gè)輸入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范圍內(nèi)擺動(dòng)而不損壞。但為了在滿量程附近進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，兩個(gè)輸入不得超過（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。若模擬輸入電壓超過電源50mV以上，需將正向偏置輸入電流限制在4mA。

跟蹤/保持

MAX1265/MAX1267的T/H階段在WR上升沿進(jìn)入跟蹤模式，在外部采集模式下，下一個(gè)WR上升沿進(jìn)入保持模式；在內(nèi)部采集模式下，寫入控制字節(jié)后時(shí)鐘的第四個(gè)下降沿進(jìn)入保持模式。單端操作時(shí)采樣正輸入，偽差分操作時(shí)采樣|(IN+) - (IN -)|的差值。T/H階段采集輸入信號(hào)的時(shí)間取決于輸入電容的充電速度，輸入信號(hào)源阻抗高時(shí)，采集時(shí)間會(huì)延長。

輸入帶寬

MAX1265/MAX1267的T/H階段提供250kHz全線性和3MHz全功率帶寬，可使用欠采樣技術(shù)對(duì)高速瞬變進(jìn)行數(shù)字化和測量帶寬超過ADC采樣率的周期性信號(hào)。為避免高頻信號(hào)混疊，建議進(jìn)行抗混疊濾波。

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過寫入控制字節(jié)選擇多路復(fù)用器通道并配置單極或雙極操作來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。寫脈沖可啟動(dòng)采集間隔或啟動(dòng)采集加轉(zhuǎn)換。采集模式（ACQMOD）位提供內(nèi)部和外部采集兩種選擇，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(huì)中止當(dāng)前轉(zhuǎn)換并開始新的采集間隔。

內(nèi)部采集

通過清除控制字節(jié)中的ACQMOD位（ACQMOD = 0）選擇內(nèi)部采集，寫脈沖啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)的采集間隔，采集間隔結(jié)束后開始轉(zhuǎn)換。內(nèi)部采集與內(nèi)部時(shí)鐘結(jié)合時(shí)，孔徑抖動(dòng)可能高達(dá)200ps，若要實(shí)現(xiàn)50ps抖動(dòng)規(guī)格，建議使用外部采集模式。

外部采集

外部采集模式可精確控制采樣孔徑和/或依賴控制采集和轉(zhuǎn)換時(shí)間。用戶通過兩個(gè)單獨(dú)的寫脈沖控制采集和轉(zhuǎn)換開始。第一個(gè)寫脈沖（ACQMOD = 1）啟動(dòng)不確定長度的采集間隔，第二個(gè)寫脈沖（ACQMOD = 0，控制字節(jié)其他位不變）終止采集并在WR上升沿開始轉(zhuǎn)換。輸入多路復(fù)用器的地址位在兩個(gè)寫脈沖中必須相同，斷電模式位（PD0，PD1）可在第二個(gè)寫脈沖中取新值，改變控制字節(jié)的其他位會(huì)破壞轉(zhuǎn)換。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中斷信號(hào)INT用于在轉(zhuǎn)換結(jié)束且有有效結(jié)果時(shí)向微處理器（μP）發(fā)出標(biāo)志。轉(zhuǎn)換完成且輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，INT變低，在第一次讀取周期或?qū)懭胄碌目刂谱止?jié)時(shí)返回高。

時(shí)鐘模式選擇

MAX1265/MAX1267可使用內(nèi)部或外部時(shí)鐘?？刂莆籇6和D7選擇內(nèi)部或外部時(shí)鐘模式。若當(dāng)前輸入字中選擇了斷電模式，器件將保留最后請(qǐng)求的時(shí)鐘模式。內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式均可使用內(nèi)部或外部采集。上電時(shí)，MAX1265/MAX1267進(jìn)入默認(rèn)的外部時(shí)鐘模式。

內(nèi)部時(shí)鐘模式

通過將控制字節(jié)的D7位設(shè)置為1，D6位設(shè)置為0選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式，內(nèi)部時(shí)鐘頻率選定后，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6μs。使用內(nèi)部時(shí)鐘模式時(shí)，將CLK引腳拉高或拉低以防止引腳浮空。

外部時(shí)鐘模式

將控制字節(jié)的D6和D7位設(shè)置為1選擇外部時(shí)鐘模式。建議使用100kHz至4.8MHz的時(shí)鐘頻率，占空比為30%至70%。不建議使用低于100kHz的時(shí)鐘頻率，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致T/H階段保持電容上的電壓下降，從而降低性能。

數(shù)字接口

輸入和輸出數(shù)據(jù)在三態(tài)并行接口（I/O）上復(fù)用，可輕松與標(biāo)準(zhǔn)μP接口。信號(hào)CS、WR和RD控制讀寫操作。CS為芯片選擇信號(hào)，高電平時(shí)禁用CLK、WR和RD輸入，并使接口進(jìn)入高阻抗（高 - Z）狀態(tài)。

應(yīng)用信息

上電復(fù)位

首次上電時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位電路使MAX1265/MAX1267在外部時(shí)鐘模式下激活，并將INT置高。電源穩(wěn)定后，內(nèi)部復(fù)位時(shí)間為10μs，在此期間不應(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。

內(nèi)部和外部參考

MAX1265/MAX1267可使用內(nèi)部或外部參考電壓。外部參考可直接連接到REF或REFADJ。內(nèi)部緩沖器為MAX1265和MAX1267在REF處提供 +2.5V電壓，內(nèi)部微調(diào)的 +1.22V參考通過 +2.05V/V增益進(jìn)行緩沖。

內(nèi)部參考

使用內(nèi)部參考時(shí)，單極輸入的滿量程范圍為 +2.5V，雙極輸入為 ±1.25V。內(nèi)部參考緩沖器允許對(duì)參考電壓進(jìn)行小范圍調(diào)整（±100mV）。為減少參考噪聲和ADC的開關(guān)尖峰，需在REF和GND之間連接一個(gè)外部電容（最小4.7μF），并在REFADJ和GND之間連接一個(gè)0.01μF電容以進(jìn)一步降低參考噪聲。

外部參考

外部參考可連接到內(nèi)部參考緩沖放大器的輸入（REFADJ）或輸出（REF）。使用REFADJ輸入時(shí)，無需對(duì)外部參考進(jìn)行緩沖，其輸入阻抗通常為17kΩ。將外部參考應(yīng)用于REF時(shí)，通過將REFADJ連接到VDD禁用內(nèi)部參考緩沖器。REF處的直流輸入電阻為25kΩ，因此外部參考在轉(zhuǎn)換期間必須提供高達(dá)200μA的直流負(fù)載電流，并具有小于10Ω的輸出阻抗。若參考輸出阻抗較高或有噪聲，需在REF引腳附近使用4.7μF電容進(jìn)行旁路。

斷電模式

為節(jié)省功率，可在轉(zhuǎn)換之間將轉(zhuǎn)換器置于低電流關(guān)機(jī)狀態(tài)。通過控制字節(jié)的D6和D7位選擇待機(jī)模式或關(guān)機(jī)模式。在兩種軟件斷電模式下，并行接口保持活動(dòng)，但ADC不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

待機(jī)模式

待機(jī)模式下，電源電流通常為850μA。在下一個(gè)WR上升沿，器件上電并準(zhǔn)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種快速啟動(dòng)時(shí)間可顯著降低低于265ksps轉(zhuǎn)換率時(shí)的功耗。

關(guān)機(jī)模式

關(guān)機(jī)模式關(guān)閉所有消耗靜態(tài)電流的芯片功能，當(dāng)前轉(zhuǎn)換完成后，典型電源電流立即降至2μA。WR上升沿使MAX1265/MAX1267退出關(guān)機(jī)模式并恢復(fù)正常操作。使用4.7μF參考旁路電容時(shí)，上電后需50μs才能實(shí)現(xiàn)全12位精度。在待機(jī)模式下等待50μs，而不是在全功率模式下，可將功耗降低3倍以上。使用外部參考時(shí)，上電后僅需50μs。通過執(zhí)行一個(gè)指定待機(jī)模式的控制字節(jié)的虛擬轉(zhuǎn)換進(jìn)入待機(jī)模式。需注意，REF和GND之間大于4.7μF的旁路電容會(huì)導(dǎo)致更長的上電延遲。

傳遞函數(shù)

單極和雙極模式下有不同的滿量程電壓范圍。輸出編碼為二進(jìn)制，1 LSB = (VREF / 4096)。代碼轉(zhuǎn)換發(fā)生在連續(xù)整數(shù)LSB值的中間。

最大采樣率/實(shí)現(xiàn)300ksps

在最大時(shí)鐘頻率4.8MHz下，每18個(gè)時(shí)鐘周期完成一次轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)265ksps的指定吞吐量。通過先寫入控制字節(jié)開始下一次轉(zhuǎn)換的采集周期，然后從總線上讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)300ksps的更高吞吐量。但在采集或轉(zhuǎn)換期間數(shù)據(jù)總線的切換可能會(huì)導(dǎo)致額外的電源噪聲，從而難以實(shí)現(xiàn)真正的12位性能。

布局、接地和旁路

為獲得最佳性能，建議使用印刷電路板（PC）。不建議使用繞線配置，因?yàn)椴季謶?yīng)確保模擬和數(shù)字走線的正確分離。避免模擬和數(shù)字線相互平行，不要在ADC封裝下方布局數(shù)字信號(hào)路徑。使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字PC板接地部分，僅通過一個(gè)星點(diǎn)連接兩個(gè)接地系統(tǒng)（模擬和數(shù)字）。為實(shí)現(xiàn)最低噪聲操作，確保返回星型接地電源的接地阻抗低且盡可能短。將數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)離敏感的模擬和參考輸入。

電源VDD中的高頻噪聲可能會(huì)影響ADC快速比較器的操作。在VDD和星型接地之間使用兩個(gè)并聯(lián)電容（0.1μF和4.7μF）進(jìn)行旁路，電容應(yīng)盡可能靠近MAX1265/MAX1267的電源引腳。為獲得最佳電源噪聲抑制效果，應(yīng)盡量減小電容引線長度，若電源噪聲極大，可添加一個(gè)衰減電阻（5Ω）。

總結(jié)

MAX1265和MAX1267以其高精度、低功耗、靈活的輸入配置和高速性能，成為電池供電和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用以及對(duì)功耗和空間要求苛刻的其他電路的理想選擇。通過合理的設(shè)計(jì)和布局，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電子工程師提供可靠的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似ADC的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。