MAX1156/MAX1158/MAX1174：高性能单电源ADC的卓越之选

在现代电子设计中，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，我们要深入探讨MAXIM公司的MAX1156/MAX1158/MAX1174这三款14位、135ksps的单电源ADC，它们以其出色的性能和丰富的特性，在众多应用领域中展现出强大的竞争力。

文件下载：MAX1174BCUP+.pdf

一、产品概述

MAX1156/MAX1158/MAX1174是低功耗、逐次逼近型ADC，具备自动掉电功能、工厂校准的内部时钟以及字节宽并行接口。它们采用单 +4.75V 至 +5.25V 模拟电源供电，并配备独立的数字电源输入，可直接与 +2.7V 至 +5.25V 的数字逻辑接口。这三款ADC在不同的输入电压范围上有所区别：MAX1156接受 0 至 +10V 的模拟输入电压范围；MAX1158接受 ±10V 的双极性模拟输入电压范围；MAX1174接受 ±5V 的双极性模拟输入电压范围。

二、产品特性

（一）高精度性能

• 高分辨率：14位的分辨率能够提供更精确的数字输出，满足对精度要求较高的应用场景。
• 低非线性误差：最大 ±1LSB 的积分非线性（INL）和最大 ±1LSB 的差分非线性（DNL），确保了转换结果的准确性和单调性。
• 出色的AC性能：总谐波失真（THD）低至 -100dB，信号 - 噪声比（SNR）可达 85dB，信号 - 噪声加失真比（SINAD）可达 85dB，无杂散动态范围（SFDR）可达 103dB，这些指标保证了在复杂信号环境下的高质量转换。

（二）低功耗设计

• 低电源电流：在使用外部参考时，最大电源电流为 2.9mA；使用内部 +4.096V 参考时，最大电源电流为 3.8mA。在AutoShutdown模式下，电源电流可低至 5µA，非常适合电池供电的应用。
• 自动掉电功能：AutoShutdown™ 功能可在 10ksps 采样率下将电源电流降至 0.4mA（典型值），有效降低功耗。

（三）灵活的接口和输入范围

• 字节宽并行接口：方便与微处理器进行高速数据传输，提高系统的响应速度。
• 多种输入电压范围：提供 0 至 +10V、±10V 和 ±5V 三种不同的输入电压范围，可满足不同应用的需求。

（四）小封装设计

采用 20 引脚的 TSSOP 封装，节省电路板空间，适用于对空间要求较高的设计。

三、电气特性

（一）直流精度

• 分辨率：14 位，能够提供精细的数字输出。
• 偏移误差：最大为 ±10mV，确保了转换结果的准确性。
• 增益误差：最大为 ±0.2% FSR，保证了增益的稳定性。
• 偏移漂移：最大为 16µV/°C，增益漂移最大为 ±1ppm/°C，减少了温度变化对转换结果的影响。

（二）交流精度

在 1kHz 输入频率、满量程输入电压和 135ksps 采样率的条件下，SNR 可达 85dB，SINAD 可达 85dB，THD 低至 -100dB，SFDR 可达 103dB，展现出出色的交流性能。

（三）模拟输入特性

• 输入范围：不同型号的输入范围不同，可根据具体需求选择。
• 输入电阻：在正常工作模式下，MAX1156/MAX1174 的输入电阻为 5.3kΩ 至 9.2kΩ，MAX1158 的输入电阻为 7.8kΩ 至 13.0kΩ。
• 输入电流：在不同输入电压范围和工作模式下，输入电流有所不同，但都在合理范围内。

（四）内部和外部参考

• 内部参考：提供 +4.096V 的输出电压，温度系数为 ±35ppm/°C，短路电流为 ±10mA。
• 外部参考：可接受 3.8V 至 4.2V 的外部参考电压，REFADJ 输入阻抗典型值为 5kΩ。

（五）数字输入/输出特性

• 输出高电压：在特定条件下，输出高电压为 DVDD - 0.4V。
• 输出低电压：在特定条件下，输出低电压为 0.4V。
• 输入高电压：为 0.7 × DVDD，输入低电压为 0.3 × DVDD。
• 输入泄漏电流：最大为 ±1µA，输入滞后为 0.2V，输入电容为 15pF。

（六）电源特性

• 模拟电源电压：范围为 4.75V 至 5.25V。
• 数字电源电压：范围为 2.70V 至 5.25V。
• 模拟电源电流：在不同参考和采样率下有所不同，最大为 6.2mA。
• 数字电源电流：最大为 0.75mA。
• 电源抑制比：最大为 1LSB。

（七）时序特性

• 最大采样率：可达 135ksps。
• 采集时间：最小为 2µs。
• 转换时间：最大为 4.7µs。

四、工作原理

（一）转换操作

采用逐次逼近（SAR）转换技术，并带有固有的跟踪 - 保持（T/H）阶段。在跟踪模式下，内部保持电容采集模拟信号；在保持模式下，T/H 开关打开，电容式 DAC 对模拟输入进行采样。转换结束后，通过控制 CS 和 R/C 信号将有效数据加载到总线上。

（二）电源管理

通过 R/C 位在 CS 的第二个下降沿选择待机模式或关机模式。待机模式下，ADC 的内部参考和参考缓冲器在转换之间不会掉电，可实现快速启动；关机模式下，参考和参考缓冲器在转换完成后掉电，以降低功耗。

（三）内部时钟

内部生成转换时钟，减轻了微处理器的负担。从进入保持模式（CS 的第二个下降沿）到转换结束（EOC 下降）的总转换时间最大为 4.7µs。

五、应用信息

（一）启动转换

通过 CS 和 R/C 信号控制采集和转换。CS 的第一个下降沿在 R/C 为低电平时为设备上电并使其进入采集模式；转换开始前，若从关机状态上电，内部参考需要至少 12ms 的时间唤醒和稳定。

（二）选择电源模式

根据 R/C 在 CS 的第二个下降沿的状态选择待机或关机模式。R/C 为低电平时进入待机模式，参考和缓冲器保持开启；R/C 为高电平时进入关机模式，参考和缓冲器在转换后掉电。

（三）读取转换结果

EOC 信号用于标志转换完成，其下降沿表示数据有效并可输出到总线。D0 - D13 为并行输出，通过 CS 的第三个下降沿和 R/C 为高电平将数据加载到输出总线上。HBEN 用于切换高低字节输出。

（四）输入缓冲

大多数应用需要输入缓冲放大器以实现 14 位精度并防止源负载。在采集后立即切换通道，输入放大器需具备足够的压摆率以在采集时间开始前完成输出电压的变化。

六、布局、接地和旁路建议

为了获得最佳性能，建议使用印刷电路板。避免模拟和数字线路相互平行，不要在 ADC 封装下方布置数字信号路径。使用独立的模拟和数字接地平面，并在靠近设备的位置单点连接两个接地系统。将数字信号远离敏感的模拟和参考输入，若数字线路必须与模拟线路交叉，应采用直角交叉以减少耦合。如果模拟和数字部分共享同一电源，可使用低值电阻或铁氧体磁珠进行隔离。同时，对 AVDD 进行旁路处理，使用 0.1µF 电容与 1µF 至 10µF 的低 ESR 电容并联，且电容引线要短以减少杂散电感。

七、总结

MAX1156/MAX1158/MAX1174 这三款ADC以其高精度、低功耗、灵活的接口和输入范围等优点，成为高性能、电池供电的数据采集应用的理想选择。无论是工业过程控制、仪器仪表还是医疗应用，它们都能提供可靠的解决方案。作为电子工程师，在设计相关系统时，充分了解和利用这些特性，将有助于提高系统的性能和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似ADC的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。