MAX11192/MAX11195/MAX11198：高性能SAR ADC的深度解析

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。今天，我们将深入探讨Maxim Integrated推出的MAX11192/MAX11195/MAX11198系列ADC，这是一款具有高性能、小封装特点的逐次逼近寄存器（SAR）ADC，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

MAX11192/MAX11195/MAX11198是一系列12/14/16位、2Msps的双通道SAR ADC，具备同时采样功能，采用平衡差分输入，每个通道都有独立的数据输出。该系列ADC的突出特点是在微小的2mm x 3mm封装内实现了一流的采样率和分辨率。集成的电压基准和基准缓冲器有助于减少电路板空间、元件数量和系统成本，内部振荡器设置转换时间，简化了外部时序要求。

二、关键特性

2.1 封装与性能

• 小巧封装：采用16引脚、3mm x 2mm的TDFN封装，节省电路板空间，适合对空间要求较高的应用。
• 高采样率：高达2Msps的吞吐量，能够快速准确地采集模拟信号。
• 双ADC内核：两个同时采样的ADC内核，可同时处理两个通道的信号，提高数据采集效率。
• 集成基准：2.5V集成基准和基准缓冲器，减少了外部元件的使用，降低了系统成本和复杂度。

2.2 电气性能

• 输入特性：模拟输入范围为±VREF，绝对输入电压范围为 - 0.1V至VAVDD + 0.1V，共模输入电压范围为VREF/2 - 0.1V至VREF/2 + 0.1V，输入泄漏电流低至1μA，输入电容为10pF。
• 静态性能：不同型号的分辨率分别为12/14/16位，无失码，偏移误差和增益误差小，积分非线性和差分非线性低，保证了高精度的转换结果。
• 动态性能：在10kHz输入时，信号 - 噪声比（SNR）、信号 - 噪声和失真比（SINAD）、无杂散动态范围（SFDR）和总谐波失真（THD）等指标表现出色，能够有效抑制噪声和失真。
• 电源特性：模拟电源电压范围为3.0V至5.25V，接口电源电压范围为1.7V至3.6V，模拟和接口电源电流低，待机电流小，降低了功耗。

三、应用领域

该系列ADC适用于多种应用场景，如编码器、旋转变压器、线性可变差动变压器（LVDT）、电机电流检测和可编程逻辑控制器（PLC）等。在这些应用中，ADC的高精度和高采样率能够满足对信号采集和处理的要求。

四、详细设计要点

4.1 模拟输入设计

• 信号要求：模拟输入AINn+和AINn - 应采用平衡差分信号驱动，输入信号范围为0V至VREF，差分输入区间为 - VREF至 + VREF。
• 输入保护：每个模拟输入都有专用的输入钳位二极管，可防止过压，二极管D1和D2提供ESD保护，并作为输入电压的钳位，最大正向电流为100mA。
• 输入电容：输入电容为7pF，在设计时需要考虑源电阻和电容对输入信号的影响，确保信号能够在规定时间内稳定。

4.2 输入建立时间

• 转换周期：转换周期包括跟踪、SAR转换和读取数据三个阶段。在跟踪阶段，采样开关闭合，模拟输入直接连接到采样电容；CNVST的下降沿为采样时刻，此时跟踪阶段结束，ADC进入SAR转换阶段；转换结束后，通过SPI总线读取数据。
• 建立时间要求：为了获得准确的转换结果，每个ADC的跟踪时间应长于输入信号的建立时间。如果由于源电阻过大导致信号无法在分配的跟踪时间内稳定，建议使用外部ADC驱动放大器来加快建立速度。

4.3 输入滤波

对于噪声较大的输入信号，应在ADC驱动放大器输入之前使用适当的滤波器进行滤波，以减少噪声。应用图中的RC网络主要用于减少ADC开始跟踪阶段时放大器看到的负载瞬变，同时满足建立时间要求并限制噪声带宽。

4.4 电压基准配置

• 内部基准：使用内部基准时，只需在REF1、REF2和REFIN/OUT引脚添加旁路电容，REF1/REF2引脚需要至少1μF的外部旁路电容。
• 外部基准：使用外部基准时，直接用外部基准电压源驱动REFIN/OUT引脚，确保基准电压不大于AVDD - 250mV，REF1/REF2引脚同样需要至少1μF的外部旁路电容。

4.5 数字接口

转换数据可以在跟踪阶段、转换阶段或两个阶段都进行读取。输入信号在CNVST的下降沿同时采样并启动转换，转换结束后，ADC进入空闲状态，直到下一个CNVST的上升沿进入跟踪模式。为了完成一次转换，CNVST下降沿和上升沿之间的时间必须至少为最小转换时间t12。

五、PCB布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，建议使用带有接地平面的PCB，并将数字和模拟信号线分开，避免模拟和数字线平行布线，特别是时钟线，同时避免在ADC封装下方布线。将MAX11192/MAX11195/MAX11198的GND引脚连接到接地平面，保持电源的接地返回路径低阻抗且尽可能短。在AINn+和AINn - 之间靠近ADC处放置1nF C0G陶瓷芯片电容，以减少ADC输入驱动级看到的电压瞬变。将REF1/2输出通过16V、10μF陶瓷芯片电容连接到接地平面，确保所有旁路电容通过独立过孔直接连接到接地平面。

六、总结

MAX11192/MAX11195/MAX11198系列ADC以其高性能、小封装和丰富的功能，为电子工程师提供了一个优秀的选择。在设计过程中，需要根据具体应用需求合理选择分辨率、配置电压基准、优化输入电路和PCB布局，以充分发挥ADC的性能优势。你在使用这款ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。