MAX1298/MAX1299：12位串行輸出溫度傳感器與5通道ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，溫度和電壓的精確測(cè)量至關(guān)重要。今天，我們將深入探討MAX1298/MAX1299這兩款12位串行輸出溫度傳感器，它們還集成了5通道ADC，能為各類應(yīng)用提供高精度的測(cè)量解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

1. 基本功能

MAX1298和MAX1299分別采用+5V和+3V電源電壓，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程溫度傳感，分辨率高達(dá)12位。在0至+70°C的溫度范圍內(nèi)，精度可達(dá)±1°C，且無需校準(zhǔn)。它們還具備算法式開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、片上時(shí)鐘以及與SPI、QSPI?和MICROWIRE?兼容的3線串行接口。

2. 輸入模式與測(cè)量能力

這兩款器件不僅能進(jìn)行溫度測(cè)量，還能以12位分辨率進(jìn)行全差分電壓測(cè)量，正負(fù)極輸入分別配備獨(dú)立的跟蹤保持（T/H）電路。其輸入模式多樣，包括兩對(duì)3通道信號(hào)、相對(duì)于AIN5的五個(gè)單通道信號(hào)，或者相對(duì)于地的VDD/4。此外，使用外部參考可實(shí)現(xiàn)更精確的電壓測(cè)量。

3. 低功耗設(shè)計(jì)

MAX1299的典型功耗僅為1.3mW，并且提供關(guān)機(jī)模式和兩種待機(jī)模式，這為需要有限采樣吞吐量的便攜式應(yīng)用提供了延長電池壽命的多種策略。

4. 封裝形式

MAX1298/MAX1299采用16引腳SSOP封裝，節(jié)省空間，適合多種應(yīng)用場(chǎng)景。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

• 工作站和通信設(shè)備：用于溫度和電壓監(jiān)控，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
• 手持儀器：滿足高精度測(cè)量需求，同時(shí)低功耗設(shè)計(jì)延長電池續(xù)航。
• 醫(yī)療設(shè)備：對(duì)溫度和電壓的精確測(cè)量有助于保障醫(yī)療設(shè)備的安全性和可靠性。
• 工業(yè)過程控制：為工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度和電壓監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

三、產(chǎn)品特性

1. 高精度測(cè)量

• 溫度和電壓輸入均為12位分辨率：能夠提供精確的測(cè)量結(jié)果。
• -40°C至+85°C范圍內(nèi)±1°C的精度：確保在較寬的溫度范圍內(nèi)仍能保持高精度。

2. 全差分輸入與單電源操作

• 全差分輸入：有效抑制噪聲，提高測(cè)量精度。
• 單電源操作：MAX1298的電源電壓范圍為+4.75V至+5.25V，MAX1299為+2.7V至+3.6V，使用方便。

3. 兼容接口與內(nèi)部參考

• 3線SPI/QSPI/MICROWIRE兼容接口：便于與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• 內(nèi)部精密電壓參考：MAX1298為2.50V，MAX1299為1.20V，提供穩(wěn)定的參考電壓。

4. 節(jié)省空間的封裝

16引腳SSOP封裝，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

四、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全運(yùn)行至關(guān)重要。例如，VDD至GND的電壓范圍為 -0.3V至+6V，各引腳的電壓和電流都有相應(yīng)的限制。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，務(wù)必嚴(yán)格遵守這些額定值，避免對(duì)器件造成永久性損壞。

2. 直流精度

• 分辨率：12位，能夠提供較高的測(cè)量精度。
• 相對(duì)精度和差分非線性：均為±1 LSB，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 偏移誤差和增益誤差：輸入AIN0 - AIN5的偏移誤差為±2 LSB，增益誤差為±4 LSB。

3. 轉(zhuǎn)換速率

• 電壓測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)間：1.1ms，溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.2ms，能夠滿足快速測(cè)量的需求。
• 跟蹤/保持采集時(shí)間：16μs，確保能夠準(zhǔn)確采集輸入信號(hào)。

4. 模擬輸入和數(shù)字輸入輸出特性

模擬輸入具有一定的電壓范圍、輸入電流和電容特性，數(shù)字輸入輸出也有相應(yīng)的電壓、電流和電容要求。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)這些特性進(jìn)行合理的電路布局和信號(hào)處理。

5. 電源要求

不同的工作模式下，器件的電源電流有所不同。例如，在全開啟狀態(tài)下，電壓測(cè)量和溫度測(cè)量的電源電流會(huì)因使用內(nèi)部或外部參考而有所差異。此外，還提供了待機(jī)和關(guān)機(jī)模式，以降低功耗。

6. 內(nèi)部電壓參考特性

內(nèi)部電壓參考具有一定的精度和溫度系數(shù)，能夠?yàn)闇y(cè)量提供穩(wěn)定的參考電壓。同時(shí)，參考輸出還具有一定的短路電流和噪聲特性。

7. 溫度測(cè)量特性

• 內(nèi)部溫度測(cè)量：分辨率為0.13°C，在不同溫度范圍內(nèi)具有一定的輸出誤差。
• 外部溫度測(cè)量：使用2N3904等二極管時(shí)，輸出誤差在一定范圍內(nèi)。

五、引腳描述

MAX1298/MAX1299的每個(gè)引腳都有其特定的功能，例如AIN0 - AIN5為模擬輸入引腳，用于連接外部傳感器或電壓源；SSTRB為串行選通輸出引腳，用于指示A/D轉(zhuǎn)換的開始和結(jié)束；CS為片選引腳，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)引腳功能進(jìn)行正確的連接和配置。

六、詳細(xì)工作原理

1. 轉(zhuǎn)換器操作

電壓轉(zhuǎn)換需要64個(gè)fCLK周期，溫度轉(zhuǎn)換需要125個(gè)CLK周期。在轉(zhuǎn)換過程中，輸入信號(hào)會(huì)經(jīng)過跟蹤/保持階段，采樣電容會(huì)在特定的時(shí)鐘周期內(nèi)充電和放電，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。

2. 跟蹤/保持階段

T/H階段是一個(gè)簡單的開關(guān)電容采樣操作，其采集時(shí)間與輸入信號(hào)的源阻抗和輸入電容有關(guān)。當(dāng)源阻抗低于100kΩ時(shí)，對(duì)器件的AC性能影響較小。

3. 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，確保在一定電壓范圍內(nèi)不會(huì)損壞器件。但為了保證精確轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)不應(yīng)超出電源軌。

4. 串行數(shù)字接口

該接口與SPI、QSPI和MICROWIRE設(shè)備完全兼容。在使用時(shí)，需要確保CPU串行接口運(yùn)行在主模式，并設(shè)置合適的時(shí)鐘頻率和極性。

5. 輸入輸出數(shù)據(jù)格式

輸入數(shù)據(jù)通過DIN引腳在SCLK的上升沿時(shí)鐘輸入，輸出數(shù)據(jù)通過DOUT引腳在SCLK的下降沿時(shí)鐘輸出。溫度轉(zhuǎn)換和電壓轉(zhuǎn)換的輸出數(shù)據(jù)格式有所不同。

6. 轉(zhuǎn)換操作

上電后，器件默認(rèn)處于關(guān)機(jī)模式。通過傳輸配置字節(jié)和轉(zhuǎn)換字節(jié)可以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。SSTRB引腳用于指示轉(zhuǎn)換的開始和結(jié)束，典型的轉(zhuǎn)換時(shí)間為溫度測(cè)量2.2ms，電壓測(cè)量1.1ms。

7. 參考選擇

可以通過配置字節(jié)的REF位選擇內(nèi)部或外部參考模式。內(nèi)部參考具有一定的精度和負(fù)載能力，外部參考則需要滿足一定的電壓范圍。

8. 電源模式

包括關(guān)機(jī)模式、待機(jī)模式和待機(jī)加模式，不同模式下的功耗和喚醒時(shí)間有所不同。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電源模式，以節(jié)省功耗。

9. 溫度測(cè)量

通過內(nèi)部或外部二極管連接的晶體管進(jìn)行溫度測(cè)量，經(jīng)過三步過程將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。測(cè)量結(jié)果需要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換才能得到攝氏度溫度。

10. 屏蔽輸出緩沖器

SHO引腳提供一個(gè)約為VDD/2 + 0.6V的屏蔽輸出緩沖電壓，用于抑制外部二極管溫度測(cè)量時(shí)的泄漏電流。

七、應(yīng)用信息

1. 遠(yuǎn)程二極管選擇

選擇高質(zhì)量的二極管連接的小信號(hào)晶體管對(duì)于溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。推薦使用如2N3904等器件，同時(shí)要注意晶體管的基極電阻和正向電流增益等參數(shù)。

2. 雙絞線和屏蔽電纜

在遠(yuǎn)程傳感器距離較遠(yuǎn)或環(huán)境噪聲較大時(shí)，使用雙絞線或屏蔽電纜可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。電纜電阻會(huì)影響遠(yuǎn)程傳感器的精度，需要注意選擇合適的電纜。

3. 遠(yuǎn)程二極管屏蔽

通過將金屬跡線連接到SHO屏蔽輸出，可以抑制PC板上二極管連接晶體管的泄漏電流，提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4. 布局、接地和旁路

為了獲得最佳性能，應(yīng)使用PC板，避免使用繞線板。電路板布局應(yīng)確保數(shù)字和模擬信號(hào)線相互分離，避免平行布線。同時(shí)，需要對(duì)電源進(jìn)行旁路處理，以減少高頻噪聲對(duì)ADC性能的影響。

八、總結(jié)

MAX1298/MAX1299是兩款功能強(qiáng)大的12位串行輸出溫度傳感器，集成了5通道ADC，具有高精度、低功耗、多種輸入模式和靈活的電源管理等優(yōu)點(diǎn)。在工作站、通信設(shè)備、手持儀器、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)過程控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要充分了解其電氣特性、引腳功能和工作原理，合理選擇應(yīng)用方案，以實(shí)現(xiàn)最佳的測(cè)量效果。

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