深度解析MAX1136 - MAX1139：高性能10位ADC的技術(shù)奧秘

在電子工程師的日常工作中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討Maxim公司的MAX1136 - MAX1139系列低功耗、4/12通道、2線串行10位ADC，詳細(xì)剖析其特性、工作原理及應(yīng)用場景。

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產(chǎn)品概述

MAX1136 - MAX1139系列ADC具備內(nèi)部跟蹤/保持（T/H）電路、電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘以及與I2C兼容的2線串行接口。該系列器件可在2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）或4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）的單電源下工作，在94.4ksps的最大采樣率下僅需670μA電流，當(dāng)采樣率低于46ksps時(shí)，電源電流可降至230μA以下。其AutoShutdown?功能可在轉(zhuǎn)換間隙使器件進(jìn)入低功耗狀態(tài)，在低吞吐量時(shí)將電源電流降至1μA以下。

產(chǎn)品選型

從表格中可以看出，不同型號在輸入通道數(shù)、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓和電源電壓等方面存在差異，工程師可根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

技術(shù)特性

高速I2C兼容串行接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式，滿足不同數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，高速模式可大大提高數(shù)據(jù)傳輸效率，尤其在對實(shí)時(shí)性要求較高的場景中表現(xiàn)出色。

單電源供電

提供2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）和4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）兩種電源范圍選擇，方便與不同的電源系統(tǒng)兼容。同時(shí)，內(nèi)部集成的基準(zhǔn)電壓為2.048V（MAX1137/MAX1139）或4.096V（MAX1136/MAX1138），也可使用1V至VDD的外部基準(zhǔn)電壓，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

多通道輸入

MAX1136/MAX1137具有4個(gè)模擬輸入通道，MAX1138/MAX1139具有12個(gè)模擬輸入通道。輸入方式可通過軟件配置為單端或差分、單極性或雙極性操作，適應(yīng)不同的信號采集需求。

低功耗設(shè)計(jì)

在不同采樣率下，器件的功耗表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，在94.4ksps采樣率下為670μA，40ksps時(shí)為230μA，10ksps時(shí)為60μA，1ksps時(shí)為6μA，在掉電模式下僅為0.5μA。這種低功耗特性使得該系列ADC非常適合電池供電的設(shè)備。

小封裝形式

MAX1136/MAX1137采用8引腳μMAX封裝，MAX1138/MAX1139采用16引腳QSOP封裝，節(jié)省了電路板空間，有利于小型化設(shè)計(jì)。

工作原理

模擬輸入與跟蹤/保持

該系列ADC的模擬輸入架構(gòu)包含模擬輸入多路復(fù)用器、全差分跟蹤 - 保持（T/H）電容、T/H開關(guān)、比較器和全差分開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。在單端模式下，模擬輸入多路復(fù)用器將T/H電容連接到所選的模擬輸入和地之間；在差分模式下，將T/H電容連接到所選的“+”和“ - ”模擬輸入之間。

在采集間隔內(nèi)，T/H開關(guān)處于跟蹤位置，T/H電容充電至模擬輸入信號。采集間隔結(jié)束后，T/H開關(guān)切換到保持位置，保持T/H電容上的電荷，作為輸入信號的穩(wěn)定樣本。

轉(zhuǎn)換過程

在轉(zhuǎn)換間隔內(nèi)，開關(guān)電容DAC進(jìn)行調(diào)整，將比較器輸入電壓恢復(fù)到0V，此過程需要10個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期，相當(dāng)于將電荷從T/H電容轉(zhuǎn)移到二進(jìn)制加權(quán)電容DAC，形成模擬輸入信號的數(shù)字表示。

時(shí)鐘模式

• 內(nèi)部時(shí)鐘模式：當(dāng)配置為內(nèi)部時(shí)鐘模式（CLK = 0）時(shí)，MAX1136 - MAX1139使用內(nèi)部振蕩器作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。在接收到有效地址后的第八個(gè)時(shí)鐘上升沿開始跟蹤模擬輸入，第九個(gè)時(shí)鐘下降沿采集模擬信號并開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程中，SCL被拉低（時(shí)鐘拉伸），轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。
• 外部時(shí)鐘模式：當(dāng)配置為外部時(shí)鐘模式（CLK = 1）時(shí)，MAX1136 - MAX1139使用SCL作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。在有效從地址字節(jié)的第九個(gè)時(shí)鐘上升沿開始跟蹤模擬輸入，兩個(gè)SCL時(shí)鐘周期后采集模擬信號并開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在第一個(gè)四個(gè)空高比特后即可獲得。

應(yīng)用場景

手持便攜式設(shè)備

由于其低功耗特性，非常適合用于手持便攜式設(shè)備，如醫(yī)療儀器、電池供電的測試設(shè)備等，可有效延長設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

太陽能供電遠(yuǎn)程系統(tǒng)

在太陽能供電的遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，該系列ADC可用于監(jiān)測太陽能電池板的輸出電壓、電流等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的有效監(jiān)控和管理。

信號強(qiáng)度指示

可用于接收信號強(qiáng)度指示器，準(zhǔn)確測量信號強(qiáng)度，為通信系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)監(jiān)控

在各種系統(tǒng)中，可對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

布局與接地

在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地層，并通過單點(diǎn)連接。避免模擬和數(shù)字線路平行布線，將數(shù)字信號路徑遠(yuǎn)離敏感的模擬和基準(zhǔn)輸入，以減少干擾。同時(shí)，使用兩個(gè)并聯(lián)電容（0.1μF和4.7μF）將VDD旁路到星形接地，盡可能靠近MAX1136 - MAX1139的電源引腳，以降低電源噪聲的影響。

參考電壓

內(nèi)部參考電壓為4.096V（MAX1136/MAX1138）或2.048V（MAX1137/MAX1139），可通過設(shè)置SEL[2:0]控制參考電壓和AIN_/REF的配置。當(dāng)使用外部參考電壓時(shí)，其范圍應(yīng)在1V至VDD之間，且輸出阻抗應(yīng)不超過500Ω，以確保轉(zhuǎn)換精度。

時(shí)鐘選擇

在選擇時(shí)鐘模式時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行權(quán)衡。內(nèi)部時(shí)鐘模式可減少系統(tǒng)噪聲，減輕總線主設(shè)備的負(fù)擔(dān)，但轉(zhuǎn)換速率相對較低；外部時(shí)鐘模式適用于40ksps至94.4ksps的轉(zhuǎn)換速率，但功耗相對較高。

總結(jié)

MAX1136 - MAX1139系列ADC以其高性能、低功耗、多通道等特性，為電子工程師在各種應(yīng)用場景中提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮其技術(shù)特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助工程師更好地了解和應(yīng)用該系列ADC。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。