MAX11646/MAX11647：低功耗10位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（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MAX11646/MAX11647这两款低功耗、1 - /2通道、I2C接口的10位ADC，它们以其小巧的封装和出色的性能，在众多应用场景中展现出独特的优势。

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一、产品概述

MAX11646/MAX11647集成了内部跟踪/保持（T/H）电路、电压基准、时钟和I2C兼容的两线串行接口。MAX11647工作电压范围为2.7V至3.6V，而MAX11646则为4.5V至5.5V。在1ksps的采样率下，它们仅需6µA的电流，并且具备AutoShutdown™功能，能在转换间隙将器件断电，在低吞吐量速率下将电源电流降至1µA以下。

这两款ADC可测量两个单端输入或一个差分输入，其全差分模拟输入可通过软件配置为单极性或双极性、单端或差分操作。满量程模拟输入范围由内部基准或1V至VDD的外部基准电压决定，MAX11647内置2.048V基准，MAX11646则为4.096V。它们提供超小的1.9mm x 2.2mm WLP封装和8引脚µMAX®封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

二、关键特性

2.1 封装小巧

超小的1.9mm x 2.2mm晶圆级封装（WLP），非常适合对空间要求苛刻的应用，如手持便携式设备。

2.2 高速接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式的I2C兼容串行接口，能够实现快速的数据传输。

2.3 电源灵活

单电源供电，MAX11647为2.7V至3.6V，MAX11646为4.5V至5.5V，可根据不同的应用需求选择合适的电源。

2.4 基准多样

内部基准分别为2.048V（MAX11647）和4.096V（MAX11646），同时也支持1V至VDD的外部基准，提供了更多的灵活性。

2.5 低功耗

在不同采样率下，功耗表现出色。例如，在94.4ksps时为670µA，40ksps时为230µA，10ksps时为60µA，1ksps时为6µA，掉电模式下仅为0.5µA。

2.6 软件可配置

可通过软件配置为单极性或双极性操作，满足不同的应用需求。

三、电气特性

3.1 直流精度

分辨率为10位，相对精度（INL）和差分非线性（DNL）均为±1 LSB，偏移误差和增益误差也为±1 LSB，通道间偏移匹配和增益匹配为±0.1 LSB，具有较高的精度。

3.2 动态性能

在10kHz输入信号、VIN(P - P) = VREF、94.4ksps采样率的条件下，信噪失真比（SINAD）为60dB，总谐波失真（THD）为 - 70dB，无杂散动态范围（SFDR）为70dB，全功率带宽为3.0MHz，全线性带宽为5.0MHz。

3.3 转换速率

内部时钟模式下，转换时间为10.6µs，吞吐量速率为94.4ksps；外部时钟模式下，转换时间为6.8µs，吞吐量速率为53ksps。

四、工作原理

4.1 模拟输入与跟踪/保持

MAX11646/MAX11647的模拟输入架构包含模拟输入多路复用器、全差分T/H电容、T/H开关、比较器和全差分开关电容数模转换器（DAC）。在单端模式下，模拟输入多路复用器将T/H电容连接到所选的模拟输入和地之间；在差分模式下，连接到所选的正负模拟输入之间。在采集间隔，T/H开关处于跟踪位置，T/H电容充电至模拟输入信号；采集间隔结束后，T/H开关切换到保持位置，保持电容上的电荷作为输入信号的稳定样本。

4.2 转换过程

在转换间隔，开关电容DAC进行调整，使比较器输入电压在10位分辨率的范围内恢复到0V，这需要10个转换时钟周期，相当于将11pF × (VIN+ - VIN - )的电荷从T/H电容转移到二进制加权电容DAC，形成模拟输入信号的数字表示。

4.3 时钟模式

• 内部时钟模式：使用内部振荡器作为转换时钟。在接收到有效地址的第八个上升时钟沿后开始跟踪模拟输入，第九个时钟的下降沿采集模拟信号并开始转换。转换过程中，SCL被拉低（时钟拉伸），转换完成后结果存储在内部存储器中。
• 外部时钟模式：使用SCL作为转换时钟。在有效从地址字节的第九个上升时钟沿开始跟踪模拟输入，两个SCL时钟周期后采集模拟信号并开始转换。转换后的数据在四个空的高电平位后即可获得，设备会持续转换输入通道，直到收到不确认信号。

4.4 扫描模式

通过配置字节的SCAN0和SCAN1设置扫描模式。扫描结果按转换顺序写入存储器，读取时也按此顺序进行。每个结果需要2字节传输，第一个字节以六个空的高电平位开始，每个字节都需要主设备确认，否则存储器传输将终止。

五、应用信息

5.1 上电复位

配置和设置寄存器默认进行单端、单极性、单通道转换，使用内部时钟，以VDD为基准。上电后存储器内容未知。

5.2 自动关机

在转换间隙，MAX11646/MAX11647处于空闲状态时会自动关机，除内部基准外的所有模拟电路都会参与自动关机。使用外部时钟模式时，需要发出STOP、不确认或重复START条件才能进入空闲状态并受益于自动关机；内部时钟模式下，所有转换结果写入存储器后即进入掉电状态。自动关机可显著节省功耗，尤其在低转换速率和使用内部时钟时。

5.3 参考电压

• 内部参考：MAX11646为4.096V，MAX11647为2.048V。当REF配置为内部参考输出时，需要用0.1µF电容和2kΩ串联电阻将REF接地。内部参考唤醒需要10ms，关机时输出处于高阻抗状态。
• 外部参考：范围为1V至VDD，为保证最大转换精度，参考源需能够提供高达40µA的电流，输出阻抗不超过500Ω。如果参考源输出阻抗较高或有噪声，需用0.1µF电容尽可能靠近REF接地。

六、布局与接地

在PCB布局时，应确保模拟和数字走线适当分离，避免模拟和数字线平行布线，不要在ADC封装下方布置数字信号路径。使用单独的模拟和数字PCB接地部分，通过一个星型点连接两个接地系统。为实现低噪声操作，要确保接地返回至星型接地的电源具有低阻抗且尽可能短。将数字信号远离敏感的模拟和参考输入。在VDD和星型接地之间使用0.1µF和4.7µF的并联电容网络进行旁路，尽量缩短电容引脚长度，若电源噪声过大，可在电源中串联一个5Ω的衰减电阻。

七、总结

MAX11646/MAX11647以其低功耗、高速接口、小巧封装和丰富的功能，为电子工程师在设计手持便携式设备、医疗仪器、电池供电测试设备等应用时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理配置时钟模式、扫描模式和参考电压，同时注意PCB布局和接地，以充分发挥这两款ADC的性能优势。你在使用类似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。