MAX1117/MAX1118/MAX1119：单电源、低功耗、2通道、串行8位ADC的设计指南

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，而ADC（模拟 - 数字转换器）则是实现这一转换的核心器件。今天，我们将深入探讨MAX1117/MAX1118/MAX1119这三款单电源、低功耗、2通道、串行8位ADC，了解它们的特性、应用场景以及设计要点。

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一、产品概述

MAX1117/MAX1118/MAX1119是低功耗、8位、双通道的ADC，具备内部跟踪/保持（T/H）、电压参考（MAX1117/MAX1119）、时钟和串行接口。它们采用8引脚SOT23封装，尺寸仅为8引脚塑料DIP的11%，非常适合空间受限的应用。

供电范围

• MAX1117：+2.7V至+3.6V
• MAX1118：+2.7V至+5.5V
• MAX1119：+4.5V至+5.5V

功耗特性

在100ksps的采样率下，MAX1118仅消耗135µA，而MAX1117和MAX1119则消耗175µA。此外，它们还具备自动关机模式，在不使用时可将电源电流降低至<1µA。

输入范围

• MAX1117：内部参考电压为+2.048V
• MAX1119：内部参考电压为+4.096V
• MAX1118：外部参考电压范围为+1V至VDD

二、应用场景

这些ADC适用于多种应用场景，包括：

• 低功耗手持设备：如智能手机、平板电脑等，其低功耗特性可延长设备的电池续航时间。
• 系统诊断：用于监测系统的各种参数，确保系统的正常运行。
• 电池供电测试设备：在电池供电的测试设备中，低功耗是关键要求，MAX1117/MAX1118/MAX1119能够满足这一需求。
• 太阳能供电远程系统：在太阳能供电的远程系统中，低功耗和小尺寸的特点使得这些ADC成为理想选择。
• 接收信号强度指示器：用于测量接收信号的强度，为通信系统提供重要的参考信息。
• 4mA至20mA供电远程数据采集系统：在工业自动化领域，这种供电方式的远程数据采集系统非常常见，MAX1117/MAX1118/MAX1119能够稳定地工作在这种环境中。

三、产品特性

1. 单电源供电

不同型号的ADC适用于不同的电源电压范围，满足了多样化的应用需求。

2. 内部跟踪/保持

具备100kHz的采样率，能够准确地采集模拟信号。

3. 内部参考

不同型号的ADC提供不同的内部参考电压，方便用户根据实际需求进行选择。

4. 串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口，可直接连接到微处理器，无需额外的逻辑电路。

5. 小尺寸封装

8引脚SOT23封装，节省了电路板空间。

6. 自动掉电功能

在不使用时自动降低功耗，提高了能源效率。

7. 低功耗

在不同的采样率下，都能保持较低的功耗。

四、电气特性

1. 直流精度

• 分辨率：8位
• 相对精度：±1 LSB
• 差分非线性：±1 LSB
• 偏移误差：±0.5 LSB
• 增益误差：MAX1118为±1%FSR，MAX1117/MAX1119为±5 LSB
• 增益温度系数：MAX1118为±90 ppm/°C，MAX1117/MAX1119为±5 ppm/°C
• 总未调整误差：MAX1118为±0.5至±1 LSB
• 通道间偏移匹配：±0.1 LSB

2. 动态性能

• 信噪失真比（SINAD）：48 dB
• 总谐波失真（THD）：-69 dB
• 无杂散动态范围（SFDR）：66 dB
• 小信号带宽：4 MHz

3. 模拟输入

• 输入电压范围：0至VREF
• 输入泄漏电流：±0.7至±10 µA
• 输入电容：18 pF

4. 内部参考

• MAX1117：2.048V
• MAX1119：4.096V

5. 外部参考（仅MAX1118）

• 输入电压范围：1.0至VDD
• 输入电流：平均10至20 uA

6. 电源要求

• 供电电压：MAX1118为2.7至5.5V，MAX1117为2.7至5.5V，MAX1119为4.5至5.5V
• 供电电流：不同采样率下的供电电流不同，具体数值可参考文档。
• 电源抑制比：±0.5至±1 LSB/N

7. 数字输入

• 输入高电压：2V
• 输入低电压：0.8V
• 输入滞后：0.2V
• 输入电流高：±10 uA
• 输入电流低：±10 uA
• 输入电容：2 pF

8. 数字输出

• 输出高电压：VDD - 0.5V
• 输出低电压：0.4至0.8V
• 三态泄漏电流：±0.01至±10 uA
• 三态输出电容：4 pF

9. 时序特性

不同的时序参数对于ADC的正常工作至关重要，具体参数可参考文档中的详细说明。

五、典型工作特性

文档中提供了多个典型工作特性的图表，包括积分非线性、差分非线性、关机电源电流、电源电流与温度、电源电流与转换率等。这些图表直观地展示了ADC在不同条件下的性能表现，对于工程师进行设计和优化具有重要的参考价值。

六、引脚说明

PIN	NAME	FUNCTION
1	VDD	正电源电压
2	CHO	CHO模拟电压输入
3	CH1	CH1模拟电压输入
4	GND	接地
5	1.C.(REF)	内部连接，接地（仅MAX1118的参考输入）
6	CNVST	转换/启动输入，下降沿启动转换
7	DOUT	串行数据输出，数据在SCLK下降沿输出
8	SCLK	串行时钟，用于输出数据

七、详细工作原理

1. 跟踪/保持

ADC的输入架构由T/H、输入多路复用器、输入比较器、开关电容DAC和自动归零轨组成。采集间隔从CNVST的下降沿开始，在此期间，模拟输入连接到保持电容。采集完成后，T/H开关打开，保持电容连接到GND，保留模拟输入信号的采样。

2. 转换过程

转换过程内部定时，总采集和转换时间<7.5 μs。采集输入样本后，比较器的负输入连接到自动归零电源，电容DAC将正输入恢复到VDD/2，形成模拟输入信号的数字表示。

3. 输入电压范围

内部保护二极管允许输入引脚在(GND - 0.3V)至(VDD + 0.3V)范围内摆动，但为了准确转换，输入不得超过(VDD + 50mV)或小于(GND - 50mV)。

4. 输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有4MHz的小信号带宽，可使用欠采样技术数字化高速瞬态事件和测量带宽超过采样率的周期性信号。为避免高频信号混叠，建议使用抗混叠滤波。

5. 串行接口

MAX1117/MAX1118/MAX1119具有3线串行接口，CNVST和SCLK用于控制设备，三态DOUT引脚用于访问转换结果。该接口可连接到具有SPI、QSPI和MICROWIRE串行接口的微控制器，时钟速率最高可达5MHz。

6. 数字输入和输出

ADC使用内部时钟进行转换，释放了微处理器的负担。转换过程中，SCLK被忽略，转换完成后，SCLK将串行数据输出。转换完成后，ADC进入自动关机模式，直到下一次转换启动。

八、应用信息

1. 上电复位

上电时，MAX1117/MAX1118/MAX1119处于自动关机状态，通过将CNVST从高到低切换可启动转换。在外部参考稳定之前启动转换会导致误差，因此需要等待外部参考稳定后再启动转换。

2. 自动关机和电源电流要求

转换完成后，ADC自动关机，模拟电路的电源电流降至<1µA。数字转换结果保存在静态寄存器中，可通过串行接口随时访问。在较低的转换速率下，这种架构的功耗优势明显。

3. 外部电压参考（仅MAX1118）

在REF引脚连接+1V至VDD的外部参考，参考的直流输入阻抗极高，转换期间需能够提供高达20µA的平均负载电流，输出阻抗应不超过100Ω。如果参考输出阻抗较高或有噪声，可在REF引脚附近使用10nF或更大的电容进行旁路。

4. 传递函数

输出编码为二进制，参考电压为+2.048V时，1LSB = 8mV（VREF/256）。

5. 布局、接地和旁路

为获得最佳性能，电路板布局应确保数字和模拟信号线分开，避免模拟和数字（尤其是时钟）线平行或数字线在ADC封装下方。建议在ADC接地处建立单点模拟接地（星形接地点），将所有模拟接地连接到星形接地。电源的接地返回路径应具有低阻抗且尽可能短，以实现无噪声运行。在VDD引脚附近使用0.1µF电容对电源进行旁路，以减少高频噪声的影响。如果电源有噪声，可使用1µF电容和10Ω串联电阻组成低通滤波器。

九、芯片信息

• 晶体管数量：2000
• 工艺：BiCMOS

总结

MAX1117/MAX1118/MAX1119是一系列性能优异的单电源、低功耗、2通道、串行8位ADC，适用于多种应用场景。它们具备丰富的特性和良好的电气性能，在设计过程中，需要注意引脚连接、时序要求、电源管理以及布局布线等方面的问题。通过合理的设计和优化，能够充分发挥这些ADC的优势，实现高效、稳定的模拟到数字转换。你在使用这些ADC的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。