深度解析MAX1136 - MAX1139：高性能10位ADC的技术奥秘

在电子工程师的日常工作中，模拟 - 数字转换器（ADC）是不可或缺的关键组件。今天，我们将深入探讨Maxim公司的MAX1136 - MAX1139系列低功耗、4/12通道、2线串行10位ADC，详细剖析其特性、工作原理及应用场景。

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产品概述

MAX1136 - MAX1139系列ADC具备内部跟踪/保持（T/H）电路、电压基准、时钟以及与I²C兼容的2线串行接口。该系列器件可在2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）或4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）的单电源下工作，在94.4ksps的最大采样率下仅需670µA电流，当采样率低于46ksps时，电源电流可降至230µA以下。其AutoShutdown™功能可在转换间隙使器件进入低功耗状态，在低吞吐量时将电源电流降至1µA以下。

产品选型

PART	INPUT CHANNELS	INTERNAL REFERENCE (V)	SUPPLY VOLTAGE (V)	INL (LSB)
MAX1136	4	4.096	4.5 to 5.5	±1
MAX1137	4	2.048	2.7 to 3.6	±1
MAX1138	12	4.096	4.5 to 5.5	±1
MAX1139	12	2.048	2.7 to 3.6	±1

从表格中可以看出，不同型号在输入通道数、内部基准电压和电源电压等方面存在差异，工程师可根据具体需求进行选择。

技术特性

高速I²C兼容串行接口

支持400kHz快速模式和1.7MHz高速模式，满足不同数据传输速率的需求。在实际应用中，高速模式可大大提高数据传输效率，尤其在对实时性要求较高的场景中表现出色。

单电源供电

提供2.7V至3.6V（MAX1137/MAX1139）和4.5V至5.5V（MAX1136/MAX1138）两种电源范围选择，方便与不同的电源系统兼容。同时，内部集成的基准电压为2.048V（MAX1137/MAX1139）或4.096V（MAX1136/MAX1138），也可使用1V至VDD的外部基准电压，增加了设计的灵活性。

多通道输入

MAX1136/MAX1137具有4个模拟输入通道，MAX1138/MAX1139具有12个模拟输入通道。输入方式可通过软件配置为单端或差分、单极性或双极性操作，适应不同的信号采集需求。

低功耗设计

在不同采样率下，器件的功耗表现优秀。例如，在94.4ksps采样率下为670µA，40ksps时为230µA，10ksps时为60µA，1ksps时为6µA，在掉电模式下仅为0.5µA。这种低功耗特性使得该系列ADC非常适合电池供电的设备。

小封装形式

MAX1136/MAX1137采用8引脚µMAX封装，MAX1138/MAX1139采用16引脚QSOP封装，节省了电路板空间，有利于小型化设计。

工作原理

模拟输入与跟踪/保持

该系列ADC的模拟输入架构包含模拟输入多路复用器、全差分跟踪 - 保持（T/H）电容、T/H开关、比较器和全差分开关电容数模转换器（DAC）。在单端模式下，模拟输入多路复用器将T/H电容连接到所选的模拟输入和地之间；在差分模式下，将T/H电容连接到所选的“+”和“ - ”模拟输入之间。

在采集间隔内，T/H开关处于跟踪位置，T/H电容充电至模拟输入信号。采集间隔结束后，T/H开关切换到保持位置，保持T/H电容上的电荷，作为输入信号的稳定样本。

转换过程

在转换间隔内，开关电容DAC进行调整，将比较器输入电压恢复到0V，此过程需要10个转换时钟周期，相当于将电荷从T/H电容转移到二进制加权电容DAC，形成模拟输入信号的数字表示。

时钟模式

• 内部时钟模式：当配置为内部时钟模式（CLK = 0）时，MAX1136 - MAX1139使用内部振荡器作为转换时钟。在接收到有效地址后的第八个时钟上升沿开始跟踪模拟输入，第九个时钟下降沿采集模拟信号并开始转换。转换过程中，SCL被拉低（时钟拉伸），转换完成后，结果存储在内部存储器中。
• 外部时钟模式：当配置为外部时钟模式（CLK = 1）时，MAX1136 - MAX1139使用SCL作为转换时钟。在有效从地址字节的第九个时钟上升沿开始跟踪模拟输入，两个SCL时钟周期后采集模拟信号并开始转换。转换后的数据在第一个四个空高比特后即可获得。

应用场景

手持便携式设备

由于其低功耗特性，非常适合用于手持便携式设备，如医疗仪器、电池供电的测试设备等，可有效延长设备的电池续航时间。

太阳能供电远程系统

在太阳能供电的远程系统中，该系列ADC可用于监测太阳能电池板的输出电压、电流等参数，实现对系统的有效监控和管理。

信号强度指示

可用于接收信号强度指示器，准确测量信号强度，为通信系统的优化提供数据支持。

系统监控

在各种系统中，可对关键参数进行实时监测，确保系统的稳定运行。

设计注意事项

布局与接地

在PCB设计时，应使用单独的模拟和数字接地层，并通过单点连接。避免模拟和数字线路平行布线，将数字信号路径远离敏感的模拟和基准输入，以减少干扰。同时，使用两个并联电容（0.1µF和4.7µF）将VDD旁路到星形接地，尽可能靠近MAX1136 - MAX1139的电源引脚，以降低电源噪声的影响。

参考电压

内部参考电压为4.096V（MAX1136/MAX1138）或2.048V（MAX1137/MAX1139），可通过设置SEL[2:0]控制参考电压和AIN_/REF的配置。当使用外部参考电压时，其范围应在1V至VDD之间，且输出阻抗应不超过500Ω，以确保转换精度。

时钟选择

在选择时钟模式时，需要根据具体的应用需求进行权衡。内部时钟模式可减少系统噪声，减轻总线主设备的负担，但转换速率相对较低；外部时钟模式适用于40ksps至94.4ksps的转换速率，但功耗相对较高。

总结

MAX1136 - MAX1139系列ADC以其高性能、低功耗、多通道等特性，为电子工程师在各种应用场景中提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要充分考虑其技术特性和设计注意事项，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助工程师更好地了解和应用该系列ADC。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。