MAX1090/MAX1092：高性能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公司推出的MAX1090/MAX1092这两款10位ADC，它们以其独特的性能和特性，在众多应用场景中展现出强大的竞争力。

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产品概述

MAX1090/MAX1092是低功耗、10位的ADC，具备逐次逼近型ADC、自动掉电、快速唤醒（2µs）、片上时钟、+2.5V内部参考电压以及高速字节并行接口等特性。它们采用单+5V模拟电源供电，通过VLOGIC引脚可直接与+2.7V至+5.5V的数字电源接口。在400ksps的最大采样率下，功耗仅为10mW（VDD = VLOGIC）。同时，这两款器件提供软件可配置的模拟输入，支持单极性/双极性以及单端/伪差分操作。

主要特性

• 高分辨率与线性度：10位分辨率，±0.5 LSB线性度，确保了高精度的模拟 - 数字转换。
• 灵活的电源与逻辑电平：+5V单电源操作，用户可调节逻辑电平（+2.7V至+5.5V），适应不同的系统需求。
• 内部参考电压：内部集成+2.5V参考电压，方便设计且减少外部元件。
• 软件可配置输入：软件可配置的模拟输入多路复用器，MAX1090支持8通道单端/4通道伪差分，MAX1092支持4通道单端/2通道伪差分。
• 低功耗设计：低电流消耗，如2.5mA（400ksps）、1.0mA（100ksps）、400µA（10ksps）、2µA（关机），适合电池供电应用。
• 高速接口与小封装：字节并行（8 + 2）接口，便于与标准微处理器连接；小尺寸封装，28引脚QSOP（MAX1090）和24引脚QSOP（MAX1092），节省电路板空间。

电气特性

直流精度

• 分辨率：10位，提供了足够的精度来处理各种模拟信号。
• 相对精度：MAX109_A系列为±0.5 LSB，MAX109_B系列为±1 LSB，且在整个温度范围内无丢失码。
• 差分非线性：±1 LSB，保证了转换的单调性。
• 偏移误差：±2 LSB，增益误差为±2 LSB，增益温度系数为±2.0 ppm/°C，通道间偏移匹配为±0.1 LSB。

动态特性

• 信号 - 噪声加失真比（SINAD）：在50kHz输入频率、2.5VP - P输入信号、400ksps采样率下，SINAD达到60 dB，提供了良好的信号质量。
• 总谐波失真（THD）：-72 dB，有效减少了谐波干扰。
• 无杂散动态范围（SFDR）：72 dB，确保了信号的纯净度。
• 互调失真（IMD）：76 dB，在多信号输入时表现出色。
• 通道间串扰：-78 dB，减少了通道间的干扰。
• 全线性带宽：350 kHz，全功率带宽为6 MHz，可处理高频信号。

转换速率

• 转换时间：外部时钟模式下为2.1 - 3.5µs，外部采集/内部时钟模式下为2.5 - 3.0µs，内部采集/内部时钟模式下为3.2 - 4µs。
• T/H采集时间：400 ns，确保快速准确地采集信号。
• 孔径延迟：25 ns，孔径抖动小于200 ps（内部采集/内部时钟模式），小于50 ps（外部采集或外部时钟模式）。
• 外部时钟频率：0.1 - 7.6 MHz，占空比为30 - 70%。

其他特性

• 模拟输入：单端和差分输入电压范围可根据单极性或双极性模式进行配置，多路复用器泄漏电流小，输入电容为12 pF。
• 内部参考：REF输出电压为2.49 - 2.51 V，REF短路电流为15 mA，REF温度系数为+20 ppm/°C，REFADJ输入范围为±100 mV，REFADJ高阈值为VDD - 1.0 V，负载调节为0.2 mV/mA。
• 数字输入输出：输入电压高（VIH）和低（VIL）有明确的范围，输入滞后为200 mV，输入泄漏电流和输出电压低（VOL）、高（VOH）等参数也有详细规定。
• 电源要求：模拟电源电压为4.5 - 5.5 V，数字电源电压为2.7 - VDD + 0.3 V，不同工作模式下的电源电流不同，如工作模式下内部参考时为2.9 - 3.4 mA，外部参考时为2.5 - 2.9 mA，待机模式和关机模式下电流更低。

工作原理与操作模式

转换操作

MAX1090/MAX1092采用逐次逼近（SAR）转换技术和输入跟踪 - 保持（T/H）阶段，将模拟输入信号转换为10位数字输出。其并行（8 + 2）输出格式便于与标准微处理器接口。

单端和伪差分操作

在单端模式下，IN+连接到不同的输入通道，IN - 连接到COM；在伪差分模式下，IN+和IN - 从模拟输入对中选择。在转换过程中，T/H开关在采集间隔结束时打开，保持电容上的电荷，然后通过电容式数模转换器（DAC）进行转换。

模拟输入保护

内部保护二极管可防止模拟输入超出（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）的范围，但为了保证准确的转换，输入不应超过（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。

跟踪 - 保持（T/H）

T/H阶段在WR上升沿进入跟踪模式，根据不同的采集模式（内部或外部）在相应的时钟边沿进入保持模式。采集时间取决于输入信号的源阻抗和ADC的输入电容，可通过公式计算。

输入带宽

T/H阶段提供350kHz的全线性带宽和6MHz的全功率带宽，可使用欠采样技术处理高频信号，但建议使用抗混叠滤波以避免高频信号混叠。

启动转换

通过写入控制字节选择多路复用器通道并配置单极性或双极性操作，写脉冲可启动采集间隔或采集加转换过程。控制字节中的ACQMOD位提供内部和外部采集两种选项，转换周期持续13个时钟周期。

读取转换结果

标准中断信号INT在转换完成且输出数据准备好时变低，可用于通知微处理器读取结果。

时钟模式选择

可选择内部或外部时钟模式，控制位D6和D7用于选择。内部时钟模式可减轻微处理器的负担，外部时钟模式需要100kHz至7.6MHz的时钟频率和30%至70%的占空比。

应用信息

上电复位

上电时，内部上电复位电路使器件进入外部时钟模式并将INT置高。电源稳定后，内部复位时间为10µs，使用内部参考时，VREF稳定需要500µs。

内部和外部参考

可使用内部或外部参考电压。内部参考提供+2.5V，可进行小范围调整；外部参考可连接到REF或REFADJ，使用REFADJ输入时无需缓冲外部参考。

掉电模式

为了节省功率，可通过控制字节的D6和D7位选择待机模式或关机模式。待机模式下电源电流为1mA（典型值），关机模式下典型电源电流为2µA，退出关机模式后需要一定时间恢复精度。

传输函数

单极性和双极性模式下的满量程和零量程有明确规定，输出编码在单极性模式下为二进制，双极性模式下为二进制补码。

最大采样率

在7.6MHz的最大时钟频率下，通过合理安排写、采集、转换和读取周期，可实现400ksps的吞吐量，甚至可达475ksps，但切换数据总线可能会引入噪声。

布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，建议使用印刷电路板，确保模拟和数字走线分离，使用单独的模拟和数字接地部分并通过星点连接。对电源进行旁路处理，使用0.1µF和4.7µF的并联电容，并在必要时添加衰减电阻。

总结

MAX1090/MAX1092以其高性能、低功耗、灵活的配置和小尺寸封装等优点，适用于电池供电和数据采集等应用场景。电子工程师在设计时，可根据具体需求选择合适的型号和工作模式，同时注意布局、接地和旁路等方面的设计，以充分发挥这两款ADC的性能。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。