MAX1084/MAX1085：高性能单电源10位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，对于许多应用来说，选择合适的模数转换器（ADC）至关重要。今天，我们就来深入了解一下MAXIM公司的两款高性能ADC——MAX1084和MAX1085。

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一、产品概述

MAX1084/MAX1085是10位的模数转换器，它们将高带宽的跟踪/保持电路、高速串行接口、内部+2.5V参考电压源以及低功耗特性集于一身。其中，MAX1084工作于+4.5V至+5.5V的单电源，而MAX1085则工作于+2.7V至+3.6V的单电源。这两款器件采用3线串行接口，可直接与SPI™/QSPI™/MICROWIRE™设备连接，无需外部逻辑。它们利用外部串行接口时钟进行逐次逼近式的模数转换。低功耗、易用性和小封装尺寸的特点，使它们非常适合远程传感器和数据采集应用，以及对功耗和空间要求苛刻的其他电路。这两款器件采用8引脚SO封装，并且与MAX1242/MAX1243引脚兼容，是其高速升级版。

二、产品特性

2.1 电源与分辨率

• 单电源供电：MAX1084的供电范围为+4.5V至+5.5V，MAX1085为+2.7V至+3.6V，单电源的设计简化了电路设计。
• 10位分辨率：能够提供较高的转换精度，满足大多数应用的需求。

2.2 采样率与跟踪/保持

• 高采样率：MAX1084的采样率可达400ksps，MAX1085为300ksps，可快速采集模拟信号。
• 内部跟踪/保持：确保在转换过程中能够准确地采集和保持输入信号。

2.3 参考电压与功耗

• 内部+2.5V参考：提供稳定的参考电压，减少外部元件的使用。
• 低功耗：在400ksps采样率下，功耗仅为2.5mA，适合电池供电的应用。

2.4 接口与兼容性

• 3线串行接口：与SPI/QSPI/MICROWIRE兼容，方便与微处理器等设备连接。
• 引脚兼容升级：可直接替代MAX1242/MAX1243，实现高速升级。

2.5 封装形式

采用8引脚SO封装，占用空间小，适合小型化设计。

三、订购信息

PART	TEMP RANGE	PIN- PACKAGE	INL (LSB)
MAX1084 ACSA+	0°C to +70°C	8 SO	±1/2
MAX1084BCSA+	0°C to +70°C	8 SO	±1
MAX1084AESA+	-40°C to +85°C	8 SO	±1/2
MAX1084BESA+	-40°C to +85°C	8 SO	±1
MAX1085 ACSA+	0°C to +70°C	8 SO	±1/2
MAX1085BCSA+	0°C to +70°C	8 SO	±1
MAX1085AESA+	-40°C to +85°C	8 SO	±1/2
MAX1085BESA+	-40°C to +85°C	8 SO	±1

注：“+”表示无铅/RoHS兼容封装。

四、电气特性

4.1 MAX1084电气特性

在 (V{DD}=+4.5V) 至 +5.5V，(f{SCLK}=6.4 MHz) ，50%占空比，16个时钟/转换周期（400ksps），REF端接4.7µF电容，(T{A}=T{MIN}) 至 (T_{MAX}) 的条件下，其直流精度方面，分辨率为10位，相对精度（INL）MAX1084A为±0.5 LSB，MAX1084B为±1.0 LSB，差分非线性（DNL）为±1.0 LSB，无丢码现象，偏移误差为±4.0 LSB，增益误差为±3.0 LSB，增益误差温度系数为±0.8 ppm/°C。动态特性方面，信噪失真比（SINAD）为60 dB，总谐波失真（THD）为 -70 dB，无杂散动态范围（SFDR）为70 dB，互调失真（IMD）为76 dB，满功率带宽为6 MHz，全线性带宽为350 kHz。转换速率方面，转换时间为2.5 µs，跟踪/保持采集时间为468 ns，孔径延迟为10 ns，孔径抖动小于50 ps，串行时钟频率范围为0.5至6.4 MHz，占空比为40%至60%。

4.2 MAX1085电气特性

在 (V{DD}=+2.7V) 至 +3.6V，(f{SCLK}=4.8 MHz) ，50%占空比，16个时钟/转换周期（300ksps），REF端接4.7µF电容，(T{A}=T{MIN}) 至 (T_{MAX}) 的条件下，其直流精度方面，分辨率为10位，相对精度（INL）MAX1085A为±0.5 LSB，MAX1085B为±1.0 LSB，差分非线性（DNL）为±1.0 LSB，无丢码现象，偏移误差为±3.0 LSB，增益误差为±3.0 LSB，增益误差温度系数为±1.6 ppm/°C。动态特性方面，信噪失真比（SINAD）为60 dB，总谐波失真（THD）为 -70 dB，无杂散动态范围（SFDR）为70 dB，互调失真（IMD）为76 dB，满功率带宽为3 MHz，全线性带宽为250 kHz。转换速率方面，转换时间为3.3 µs，跟踪/保持采集时间为625 ns，孔径延迟为10 ns，孔径抖动小于50 ps，串行时钟频率范围为0.5至4.8 MHz，占空比为40%至60%。

五、工作原理

5.1 转换操作

MAX1084/MAX1085采用输入跟踪/保持（T/H）和逐次逼近寄存器（SAR）电路将模拟输入信号转换为10位数字输出。内部参考电压被调整为2.5V，串行接口仅需三条数字线（SCLK、CS和DOUT），便于与微处理器连接。

5.2 工作模式

器件有正常和关机两种模式。将SHDN引脚拉低可使器件进入关机模式，此时电源电流降至2µA（典型值）；将SHDN引脚拉高则使器件进入工作模式。将CS引脚拉低可启动一次转换，转换结果以单极串行格式在DOUT引脚输出。串行数据流由三个零和数据位（最高有效位在前）组成，DOUT的所有转换都在SCLK上升沿后20ns发生。

5.3 模拟输入

模拟输入的满量程电压由内部参考电压（(V_{REF}=+2.5V) ）设定。在跟踪模式下，模拟信号被采集并存储在内部保持电容中；在保持模式下，T/H开关打开，为ADC的SAR部分提供恒定输入。

5.4 跟踪/保持时间

跟踪/保持电路获取输入信号所需的时间取决于其输入电容的充电速度。如果输入信号的源阻抗较高，获取时间会延长，因此在转换之间需要留出更多时间。获取时间 (t{ACQ}) 可通过公式 (t{ACQ}=7(R{S}+R{IN}) × 12 pF) 计算，其中 (R{IN}=800 Omega) ，(R{S}) 为输入信号的源阻抗，且 (t_{ACQ}) 对于MAX1084不小于468ns，对于MAX1085不小于625ns。当源阻抗低于4kΩ时，对ADC的交流性能影响不大。若连接一个0.01µF的电容到模拟输入，则可使用更高的源阻抗，但输入电容会与输入源阻抗形成RC滤波器，限制ADC的输入信号带宽。

5.5 输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有6MHz（MAX1084）或3MHz（MAX1085）的小信号带宽，因此可以使用欠采样技术对高速瞬态事件进行数字化，并测量带宽超过ADC采样率的周期性信号。为避免不需要的高频信号混叠到感兴趣的频带中，建议使用抗混叠滤波器。

5.6 模拟输入保护

内部保护二极管将模拟输入钳位到VDD和GND，允许输入在(GND - 0.3V)至((V_{DD}+0.3V) )范围内摆动而不会损坏。如果模拟输入超过电源电压50mV以上，应将输入电流限制在2mA以内。

5.7 内部参考

MAX1084/MAX1085具有一个片上电压参考，调整为2.5V。内部参考输出连接到REF引脚，并驱动内部电容DAC。该输出可作为其他组件的参考电压源，最大可提供800µA的电流。REF引脚需用4.7µF的电容进行旁路，较大的电容会增加从关机模式唤醒的时间。在关机模式下（(overline{SHDN}=0) ），内部参考被禁用。

六、使用与连接

6.1 上电初始化与转换启动

上电时，如果SHDN未被拉低，完全放电的4.7µF参考旁路电容需要长达1.4ms的时间来获取足够的电荷以达到指定的精度，在此期间不应进行转换。要启动转换，将CS引脚拉低，在CS的下降沿，T/H进入保持模式并启动转换，然后可以使用外部时钟将数据串行移出。

6.2 降低电源电流

通过在转换之间关闭MAX1084/MAX1085，可以显著降低功耗。唤醒时间 (t_{WAKE}) 是从SHDN解除断言到可以启动转换的时间，该时间取决于关机时间，因为外部4.7µF参考旁路电容在关机期间会缓慢放电，最长可达1.4ms。

6.3 时序与控制

转换启动和数据读取操作由CS和SCLK数字输入控制。CS的下降沿启动转换序列，T/H阶段保持输入电压，ADC开始转换，DOUT从高阻抗变为逻辑低。SCLK用于驱动转换过程，并在确定每个转换位时将数据移出。

6.4 输出编码与传输函数

MAX1084/MAX1085的数据输出为二进制格式。代码转换发生在连续整数LSB值的中间，(V_{REF}=2.5V) ，1 LSB = 2.44 mV（即2.5V/1024）。

6.5 与标准接口的连接

MAX1084/MAX1085的串行接口与SPI、QSPI和MICROWIRE完全兼容。如果有串行接口，可将CPU的串行接口设置为master模式，由CPU生成串行时钟，时钟频率最高可达6.4MHz（MAX1084）或4.8MHz（MAX1085）。具体操作步骤如下：

1. 使用CPU上的通用I/O线将 (overline{CS}) 拉低，保持SCLK为低。
2. 激活SCLK至少13个时钟周期，前两个时钟在DOUT产生零，DOUT输出数据在SCLK上升沿后20ns转换，并以MSB优先的格式输出。注意SCLK到DOUT的有效时序特性，数据可以在SCLK的下降沿或上升沿时钟输入到微处理器。
3. 在第13个上升时钟沿或之后将CS拉高。如果CS保持低电平，在LSB之后会时钟输出两个子位和尾随零。
4. 当 (overline{CS}) 为高电平时，在通过将CS拉低启动新转换之前，等待指定的最小时间 (t{CS}) 。如果在转换完成之前通过将 (overline{CS}) 拉高中止转换，则在启动新转换之前等待最小获取时间 (t{ACQ}) 。CS必须保持低电平直到所有数据位都时钟输出。

七、布局与接地

为了获得最佳性能，建议使用印刷电路板（PC板），不推荐使用绕线板。电路板布局应确保数字和模拟信号线相互分离，避免模拟和数字（尤其是时钟）线相互平行，或数字线位于ADC封装下方。建立一个单点模拟接地（“星形”接地点），与逻辑接地分开，将所有其他模拟接地和GND连接到该星形接地点以进一步降低噪声。该接地到电源的接地回路应具有低阻抗且尽可能短，以实现无噪声操作。高频噪声在 (V_{DD}) 电源中可能会影响ADC的高速比较器，因此使用0.1µF和10µF的旁路电容将该电源旁路到单点模拟接地，并尽量减小电容的引线长度以获得最佳的电源噪声抑制效果。为了减少电源噪声的影响，可以连接一个10Ω的电阻作为低通滤波器来衰减电源噪声。

八、总结

MAX1084/MAX1085凭借其高性能、低功耗、易用性和小封装尺寸等优点，在远程传感器、数据采集、医疗仪器、电池供电仪器等众多领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，可以根据具体需求选择合适的型号，并注意布局和接地等问题，以充分发挥这两款ADC的性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。