探索MAX11212：18位单通道超低功耗Delta - Sigma ADC的卓越性能

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨Maxim Integrated推出的MAX11212，一款18位单通道超低功耗Delta - Sigma ADC，看看它在各种应用场景中如何展现其独特的魅力。

文件下载：MAX11212.pdf

一、产品概述

MAX11212是一款超低功耗（最大有源电流<300μA）、高分辨率、串行输出的ADC。它在单位功耗下提供了业界最高的分辨率，特别适用于那些需要高动态范围且低功耗的应用，比如4mA - 20mA工业控制回路上的传感器。该器件具备高精度的内部振荡器，无需外部组件，使用指定数据速率时，内部数字滤波器能对50Hz或60Hz线路噪声提供超过80dB的抑制。它采用节省空间的10引脚μMAX封装，提供简单的2线串行接口，工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

二、关键特性

高分辨率与低噪声

• 18位满量程分辨率：能够提供高精度的模拟信号转换，满足对数据精度要求较高的应用场景。
• 低噪声性能：MAX11212B的噪声仅为720nVRMS，有效减少了信号干扰，提高了测量的准确性。

超低功耗设计

• 工作模式电流：最大工作电流小于300μA，睡眠模式电流小于0.1μA，大大降低了功耗，延长了电池供电设备的使用寿命。
• 宽电源电压范围：模拟电源电压范围为2.7V - 3.6V，数字和I/O电源电压范围为1.7V - 3.6V，增加了设计的灵活性。

其他特性

• 全差分信号输入和参考输入：提高了抗干扰能力，增强了信号的稳定性。
• 内部系统时钟：MAX11212A为2.4576MHz，MAX11212B为2.2528MHz，也支持外部时钟输入。
• 2线串行接口：方便与其他设备进行通信，简化了设计。
• 按需偏移和增益自校准：确保了测量的准确性。
• ESD保护：±2kV的ESD保护，提高了器件的可靠性。
• 环保封装：采用无铅（Pb）且符合RoHS标准的μMAX封装。

三、电气特性

ADC性能

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
无噪声分辨率	NFR	2,3（注2,3）	-	18	-	位
热噪声	VN	MAX11212A	-	2.1	-	VRMS
		MAX11212B	-	0.72	-
积分非线性	INL	（注4）	- 10	-	+ 10	ppmFSR
零误差	VOFF	校准后，VREFP - VREFN = 2.5V	- 20	1	+ 20	ppmFSR
零漂移	-	-	-	50	-	nV/°C
满量程误差	-	校准后，VREFP - VREFN = 2.5V（注5）	- 35	3	+ 35	ppmFSR
满量程误差漂移	-	-	0.05	-	-	ppmFSR/°C
电源抑制比	-	AVDD直流抑制	70	80	-	dB
		DVDD直流抑制	90	100	-

模拟输入/参考输入

• 共模抑制比（CMR）：MAX11212A对50Hz/60Hz的抑制为90dB，MAX11212B为144dB。
• 正常模式50Hz/60Hz抑制：MAX11212B对50Hz的抑制为65 - 80.5dB，对60Hz的抑制为73 - 87dB。
• 输入电压范围：AIN电压范围为 - VREF至 + VREF，REF电压范围为AVDD。

逻辑输入/输出

• 输入电流：输入泄漏电流为±1μA。
• 输入低电压（VIL）：为0.3 x VDVDD，输入高电压（VIH）为0.7 x VDVDD。
• 输出低电平（VOL）：当IOL = 1mA时，VDVDD = 0.4V；输出高电平（VOH）为0.9 x VDVDD。

电源要求

• 模拟电源电压（AVDD）：范围为2.7V - 3.6V。
• 数字电源电压（DVDD）：范围为1.7V - 3.6V。
• 总工作电流：AVDD + DVDD为230 - 300μA。

2线串行接口时序特性

• SCLK频率：最大为5MHz。
• SCLK脉冲宽度低（t1）：在5MHz时钟下，占空比为60/40时为80ns。
• SCLK脉冲宽度高（t2）：在5MHz时钟下，占空比为40/60时为80ns。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了MAX11212在不同条件下的工作特性，如模拟有源电流、睡眠电流与AVDD电压的关系，有源电源电流与温度的关系，内部振荡器频率与温度和AVDD电压的关系等。这些特性曲线有助于工程师在设计时更好地了解器件的性能，优化电路设计。

五、引脚配置与功能

引脚配置

MAX11212采用10引脚μMAX封装，引脚分布如下：	引脚名称	功能
GND	接地，为模拟和数字电路提供接地参考
REFP	差分参考正输入，必须比REFN更正，连接到AVDD和GND之间的电压
REFN	差分参考负输入，必须比REFP更负，连接到AVDD和GND之间的电压
AINN	负全差分模拟输入
AINP	正全差分模拟输入
AVDD	模拟电源电压，连接 + 2.7V至 + 3.6V的电源
DVDD	数字电源电压，连接 + 1.7V至 + 3.6V的电源
RDY/DOUT	数据就绪输出/串行数据输出，具有双重功能
SCLK	串行时钟输入，用于提供外部串行时钟
CLK	外部时钟信号输入，当由外部时钟驱动时，内部时钟关闭

引脚功能详解

• 电源引脚（AVDD、DVDD）：为器件提供模拟和数字电源，需要注意电源的稳定性和旁路电容的使用。
• 输入引脚（AINP、AINN、REFP、REFN）：用于输入模拟信号和参考电压，要确保输入信号的范围和稳定性。
• 时钟引脚（SCLK、CLK）：SCLK用于串行通信的时钟，CLK可选择使用外部时钟。
• 输出引脚（RDY/DOUT）：用于指示数据就绪和输出转换后的数据。

六、详细工作原理

上电复位（POR）

MAX11212在数字电源（DVDD）和模拟电源（AVDD）上都采用了上电复位（POR）电路。当数字POR触发时，器件会在启动初始化序列中进行自校准操作。数字POR触发阈值约为1.2V，具有100mV的迟滞；模拟POR触发阈值约为1.25V，也具有100mV的迟滞。为了确保校准的准确性，REFP和REFN引脚需要有稳定的参考电压。

模拟输入

MAX11212接受两个模拟输入（AINP和AINN），调制器输入范围为双极性（ - VREF至 + VREF）。

内部振荡器

器件内置了高度稳定的内部振荡器，为系统提供时钟。MAX11212A的系统时钟为2.4576MHz，MAX11212B为2.2528MHz。内部振荡器时钟会被分频以运行数字和模拟时序。

参考电压

通过REFP和REFN引脚提供差分输入，用于连接外部参考电压。VREFP和VREFN的共模电压范围为0至VAVDD，差分电压范围为1V至VAVDD。

数字滤波器

MAX11212包含一个片上数字低通滤波器，采用SINC4（(sin x / x)^4）响应处理来自调制器的1位数据流。在单周期转换模式下，转换周期结束时滤波器会复位；在连续转换潜伏模式下，滤波器不会复位。SINC4滤波器的 - 3dB频率等于数据速率的24%。

串行数字接口

该器件通过2线串行接口进行通信，具有时钟输入和数据输出。输出速率根据封装选项预先确定，MAX11212A为120sps，MAX11212B为13.75sps。

七、不同工作模式

每次转换后读取数据

当转换数据可用时，RDY/DOUT输出会拉低。检测到RDY/DOUT为低后，通过SCLK时钟脉冲将数据移出，数据以二进制补码格式输出，最高有效位（MSB）先输出。读取完18位数据后，需要一个第25个SCLK脉冲将RDY/DOUT输出拉回空闲高电平状态。

读取数据后进行自校准

读取16位转换数据后，第25个SCLK的上升沿将RDY/DOUT输出拉回高电平，然后提供第26个SCLK脉冲启动自校准程序。校准结束后，RDY/DOUT的下降沿表示数据可用。

读取数据后进入睡眠模式

在RDY/DOUT输出变低（即转换数据可用）后，任何时候将SCLK保持高电平即可激活睡眠模式。进入睡眠模式后，RDY/DOUT输出会被拉高。要退出睡眠模式，将SCLK拉低，设备唤醒后重新开始转换，RDY/DOUT变低表示下一次转换数据可用。

单转换模式

通过在转换之间激活和停用睡眠模式，可以实现单转换模式，从而在空闲时关闭设备，降低功耗。

唤醒时自校准的单转换模式

在从睡眠模式唤醒后，可立即进入自校准模式。为了自动启动自校准，需要先移出所有数据位，然后通过第25个SCLK边缘将RDY/DOUT拉高，第26个SCLK保持高电平直到需要关机。当SCLK再次拉低时，设备自动进行自校准，数据准备好后RDY/DOUT输出变低。

八、应用实例

RTD温度测量电路

通过特定的电路配置，利用MAX11212可以实现RTD温度测量。这种应用在工业温度监测、环境监测等领域具有重要意义。

电阻桥测量电路

在电阻桥测量中，MAX11212能够准确地将模拟信号转换为数字信号，为测量提供高精度的数据支持。

九、选型与订购信息

选型指南

Maxim Integrated提供了一系列不同分辨率和接口类型的ADC产品，用户可以根据具体需求选择合适的型号。例如，对于18位分辨率的应用，可以选择MAX11209、MAX11211和MAX11212。

订购信息

MAX11212有两种型号可供选择：	型号	引脚封装	输出速率（sps）
MAX11212AEUB + *	10 μMAX	120
MAX11212BEUB +	10 μMAX	13.75

需要注意的是，所有器件的工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，“ + ”表示无铅（Pb）且符合RoHS标准的封装，“ * ”表示未来产品，具体可用性需联系厂家。

十、总结

MAX11212以其超低功耗、高分辨率和丰富的功能特性，在各种对功耗和精度要求较高的应用中具有广阔的应用前景。无论是工业控制、传感器测量，还是便携式仪器和电池供电设备，MAX11212都能提供可靠的解决方案。电子工程师在设计过程中，可以根据具体的应用场景和需求，充分发挥MAX11212的优势，优化电路设计，提高产品的性能和竞争力。你在使用MAX11212或者其他类似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。