深入解析MAX1265/MAX1267：高性能12位ADC的卓越之选

在电子设计的领域中，模拟到数字的转换是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨MAXIM公司推出的两款低功耗、12位模拟 - 数字转换器（ADC）——MAX1265和MAX1267，它们以其出色的性能和丰富的功能，在众多应用场景中展现出强大的竞争力。

文件下载：MAX1265.pdf

产品概述

MAX1265和MAX1267采用逐次逼近型（SAR）转换技术和输入跟踪/保持（T/H）阶段，能够将模拟输入信号转换为12位数字输出。这两款ADC具有自动断电、快速唤醒（2µs）、片上时钟、+2.5V内部参考和高速12位并行接口等特性。它们仅需单 +2.7V至 +3.6V模拟电源供电，在最大采样率265ksps时，功耗仅为5.4mW。此外，它们还提供软件可选的断电模式，可在转换之间关闭，通过访问并行接口即可恢复正常操作。在较低采样率下，转换之间断电可将电源电流降至10µA以下。

特性亮点

高精度与高分辨率

• 12位分辨率：能够提供精确的数字输出，±0.5 LSB的线性度确保了数据的准确性。
• 内部 +2.5V参考：为转换提供稳定的参考电压，减少误差。

灵活的输入配置

• 软件可配置的模拟输入：支持单极/双极和单端/伪差分操作。MAX1265在单端模式下有六个输入通道，MAX1267有两个；在伪差分模式下，分别为三个和一个输入通道。
• 低电流消耗：不同采样率下电流消耗不同，如265ksps时为1.9mA，100ksps时为1.0mA，10ksps时为400µA，关机模式下仅为2µA。

高速与高性能

• 内部3MHz全功率带宽跟踪/保持：能够处理高速信号，实现快速准确的采样。
• 并行12位接口：方便与标准微处理器接口，提高数据传输效率。

小封装尺寸

• 28引脚QSOP（MAX1265）和24引脚QSOP（MAX1267）：节省电路板空间，适用于对空间要求较高的应用。

电气特性

直流精度

• 分辨率：12位，确保了较高的测量精度。
• 相对精度：MAX126_A型号的相对精度为±0.5 LSB，MAX126_B型号为±1 LSB。
• 差分非线性：±1 LSB，保证无丢失码，实现单调传递函数。
• 偏移误差和增益误差：均为±4 LSB，可通过校准进行补偿。
• 增益温度系数：±2.0 ppm/°C，确保在不同温度环境下的稳定性。

动态特性

• 信噪比加失真（SINAD）：在50kHz输入频率、2.5VP - P输入电压和265ksps采样率下，可达67 - 70 dB。
• 总谐波失真（THD）：包括5次谐波时为 - 78 dB，有效减少谐波干扰。
• 无杂散动态范围（SFDR）：80 dB，提供清晰的信号输出。
• 互调失真（IMD）：76 dB，确保多信号输入时的性能。
• 通道间串扰： - 78 dB，减少通道间的干扰。
• 全线性带宽：250 kHz，SINAD > 68dB，可处理较宽频率范围的信号。
• 全功率带宽：3 MHz， - 3dB滚降，满足高速信号处理需求。

转换速率

• 转换时间：外部时钟模式下为2.5 - 3.5 µs，外部采集/内部时钟模式下为3.2 - 4.1 µs，内部采集/内部时钟模式下也有相应的时间范围。
• 跟踪/保持采集时间：625 ns，确保快速准确的信号采集。
• 孔径延迟：50 ns，减少采样延迟。
• 孔径抖动：内部采集/内部时钟模式下 < 200 < 50 ps，提高采样稳定性。
• 外部时钟频率：0.1 - 4.8 MHz，可根据实际需求进行调整。

模拟输入

• 输入电压范围：单端和差分输入模式下，单极时为0 - VREF，双极时为 - VREF/2 - +VREF/2。
• 多路复用器泄漏电流：±0.01 - ±1 µA，减少信号泄漏。
• 输入电容：12 pF，对输入信号的影响较小。

内部参考

• REF输出电压：2.49 - 2.51 V，提供稳定的参考电压。
• REF短路电流：15 mA，确保参考电路的安全性。
• REF温度系数：±20 ppm/°C，保证参考电压在不同温度下的稳定性。
• REFADJ输入范围：±100 mV，可进行小范围的参考电压调整。
• 负载调节：0 - 0.5mA输出负载时为0.2 mV/mA，确保参考电压的稳定性。
• 电容旁路：REFADJ处为0.01 - 1 µF，REF处为4.7 - 10 µF，减少参考噪声。

数字输入和输出

• 输入电压高和低：分别为2.0 V和0.8 V，确保数字信号的正确识别。
• 输入滞后：200 mV，提高抗干扰能力。
• 输入泄漏电流：±0.1 - ±1 µA，减少信号泄漏。
• 输入电容：15 pF，对输入信号的影响较小。
• 输出电压低和高：分别为0.4 V和VDD - 0.5 V，确保数字信号的正确输出。
• 三态泄漏电流：±0.1 - ±1 µA，减少信号泄漏。
• 三态输出电容：15 pF，对输出信号的影响较小。

电源要求

• 模拟电源电压：2.7 - 3.6 V，适应不同的电源环境。
• 正电源电流：不同模式下电流消耗不同，如工作模式下内部参考时为2.5 - 2.8 mA，外部参考时为1.9 - 2.3 mA；待机模式下内部参考时为0.9 - 1.2 mA，外部参考时为0.5 - 0.8 mA；关机模式下为2 - 10 µA。
• 电源抑制比：±0.4 - ±0.9 mV，有效减少电源噪声对ADC的影响。

工作原理

单端和伪差分操作

在单端模式下，IN+内部切换到不同通道，IN - 切换到COM；在差分模式下，IN+和IN - 从模拟输入对中选择。在采集间隔内，正输入（IN+）对电容CHOLD充电，转换间隔开始时，输入多路复用器将CHOLD从正输入切换到负输入，电容式数模转换器（DAC）进行调整，以恢复比较器正输入节点0到0V，形成模拟输入信号的数字表示。

模拟输入保护

内部保护二极管将模拟输入钳位到VDD和GND，允许每个输入通道在（GND - 300mV）至（VDD + 300mV）范围内摆动而不损坏。但为了在满量程附近进行准确转换，两个输入不得超过（VDD + 50mV）或低于（GND - 50mV）。若模拟输入电压超过电源50mV以上，需将正向偏置输入电流限制在4mA。

跟踪/保持

MAX1265/MAX1267的T/H阶段在WR上升沿进入跟踪模式，在外部采集模式下，下一个WR上升沿进入保持模式；在内部采集模式下，写入控制字节后时钟的第四个下降沿进入保持模式。单端操作时采样正输入，伪差分操作时采样|(IN+) - (IN -)|的差值。T/H阶段采集输入信号的时间取决于输入电容的充电速度，输入信号源阻抗高时，采集时间会延长。

输入带宽

MAX1265/MAX1267的T/H阶段提供250kHz全线性和3MHz全功率带宽，可使用欠采样技术对高速瞬变进行数字化和测量带宽超过ADC采样率的周期性信号。为避免高频信号混叠，建议进行抗混叠滤波。

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或双极操作来启动转换。写脉冲可启动采集间隔或启动采集加转换。采集模式（ACQMOD）位提供内部和外部采集两种选择，转换周期在内部或外部时钟及采集模式下均持续13个时钟周期。在转换周期内写入新的控制字节会中止当前转换并开始新的采集间隔。

内部采集

通过清除控制字节中的ACQMOD位（ACQMOD = 0）选择内部采集，写脉冲启动内部定时的采集间隔，采集间隔结束后开始转换。内部采集与内部时钟结合时，孔径抖动可能高达200ps，若要实现50ps抖动规格，建议使用外部采集模式。

外部采集

外部采集模式可精确控制采样孔径和/或依赖控制采集和转换时间。用户通过两个单独的写脉冲控制采集和转换开始。第一个写脉冲（ACQMOD = 1）启动不确定长度的采集间隔，第二个写脉冲（ACQMOD = 0，控制字节其他位不变）终止采集并在WR上升沿开始转换。输入多路复用器的地址位在两个写脉冲中必须相同，断电模式位（PD0，PD1）可在第二个写脉冲中取新值，改变控制字节的其他位会破坏转换。

读取转换结果

标准中断信号INT用于在转换结束且有有效结果时向微处理器（µP）发出标志。转换完成且输出数据准备好时，INT变低，在第一次读取周期或写入新的控制字节时返回高。

时钟模式选择

MAX1265/MAX1267可使用内部或外部时钟。控制位D6和D7选择内部或外部时钟模式。若当前输入字中选择了断电模式，器件将保留最后请求的时钟模式。内部和外部时钟模式均可使用内部或外部采集。上电时，MAX1265/MAX1267进入默认的外部时钟模式。

内部时钟模式

通过将控制字节的D7位设置为1，D6位设置为0选择内部时钟模式，内部时钟频率选定后，转换时间为3.6µs。使用内部时钟模式时，将CLK引脚拉高或拉低以防止引脚浮空。

外部时钟模式

将控制字节的D6和D7位设置为1选择外部时钟模式。建议使用100kHz至4.8MHz的时钟频率，占空比为30%至70%。不建议使用低于100kHz的时钟频率，因为这会导致T/H阶段保持电容上的电压下降，从而降低性能。

数字接口

输入和输出数据在三态并行接口（I/O）上复用，可轻松与标准µP接口。信号CS、WR和RD控制读写操作。CS为芯片选择信号，高电平时禁用CLK、WR和RD输入，并使接口进入高阻抗（高 - Z）状态。

应用信息

上电复位

首次上电时，内部上电复位电路使MAX1265/MAX1267在外部时钟模式下激活，并将INT置高。电源稳定后，内部复位时间为10µs，在此期间不应尝试进行转换。使用内部参考时，VREF稳定需要500µs。

内部和外部参考

MAX1265/MAX1267可使用内部或外部参考电压。外部参考可直接连接到REF或REFADJ。内部缓冲器为MAX1265和MAX1267在REF处提供 +2.5V电压，内部微调的 +1.22V参考通过 +2.05V/V增益进行缓冲。

内部参考

使用内部参考时，单极输入的满量程范围为 +2.5V，双极输入为 ±1.25V。内部参考缓冲器允许对参考电压进行小范围调整（±100mV）。为减少参考噪声和ADC的开关尖峰，需在REF和GND之间连接一个外部电容（最小4.7µF），并在REFADJ和GND之间连接一个0.01µF电容以进一步降低参考噪声。

外部参考

外部参考可连接到内部参考缓冲放大器的输入（REFADJ）或输出（REF）。使用REFADJ输入时，无需对外部参考进行缓冲，其输入阻抗通常为17kΩ。将外部参考应用于REF时，通过将REFADJ连接到VDD禁用内部参考缓冲器。REF处的直流输入电阻为25kΩ，因此外部参考在转换期间必须提供高达200µA的直流负载电流，并具有小于10Ω的输出阻抗。若参考输出阻抗较高或有噪声，需在REF引脚附近使用4.7µF电容进行旁路。

断电模式

为节省功率，可在转换之间将转换器置于低电流关机状态。通过控制字节的D6和D7位选择待机模式或关机模式。在两种软件断电模式下，并行接口保持活动，但ADC不进行转换。

待机模式

待机模式下，电源电流通常为850µA。在下一个WR上升沿，器件上电并准备进行转换。这种快速启动时间可显著降低低于265ksps转换率时的功耗。

关机模式

关机模式关闭所有消耗静态电流的芯片功能，当前转换完成后，典型电源电流立即降至2µA。WR上升沿使MAX1265/MAX1267退出关机模式并恢复正常操作。使用4.7µF参考旁路电容时，上电后需50µs才能实现全12位精度。在待机模式下等待50µs，而不是在全功率模式下，可将功耗降低3倍以上。使用外部参考时，上电后仅需50µs。通过执行一个指定待机模式的控制字节的虚拟转换进入待机模式。需注意，REF和GND之间大于4.7µF的旁路电容会导致更长的上电延迟。

传递函数

单极和双极模式下有不同的满量程电压范围。输出编码为二进制，1 LSB = (VREF / 4096)。代码转换发生在连续整数LSB值的中间。

最大采样率/实现300ksps

在最大时钟频率4.8MHz下，每18个时钟周期完成一次转换，可实现265ksps的指定吞吐量。通过先写入控制字节开始下一次转换的采集周期，然后从总线上读取上一次转换的结果，可实现高达300ksps的更高吞吐量。但在采集或转换期间数据总线的切换可能会导致额外的电源噪声，从而难以实现真正的12位性能。

布局、接地和旁路

为获得最佳性能，建议使用印刷电路板（PC）。不建议使用绕线配置，因为布局应确保模拟和数字走线的正确分离。避免模拟和数字线相互平行，不要在ADC封装下方布局数字信号路径。使用单独的模拟和数字PC板接地部分，仅通过一个星点连接两个接地系统（模拟和数字）。为实现最低噪声操作，确保返回星型接地电源的接地阻抗低且尽可能短。将数字信号远离敏感的模拟和参考输入。

电源VDD中的高频噪声可能会影响ADC快速比较器的操作。在VDD和星型接地之间使用两个并联电容（0.1µF和4.7µF）进行旁路，电容应尽可能靠近MAX1265/MAX1267的电源引脚。为获得最佳电源噪声抑制效果，应尽量减小电容引线长度，若电源噪声极大，可添加一个衰减电阻（5Ω）。

总结

MAX1265和MAX1267以其高精度、低功耗、灵活的输入配置和高速性能，成为电池供电和数据采集应用以及对功耗和空间要求苛刻的其他电路的理想选择。通过合理的设计和布局，能够充分发挥其优势，为电子工程师提供可靠的模拟 - 数字转换解决方案。在实际应用中，你是否遇到过类似ADC的使用问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。