MAX1134/MAX1135：16位ADC的卓越性能与应用解析

在电子设计领域，模数转换器（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的是MAXIM公司的两款16位ADC——MAX1134和MAX1135，它们以其出色的性能和广泛的应用场景，成为众多工程师的理想选择。

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一、产品概述

MAX1134/MAX1135是150ksps（千采样每秒）的16位ADC，采用20引脚SSOP封装。它们具备串行接口，可直接与SPI™、QSPI™和MICROWIRE™设备连接，无需外部逻辑。这两款ADC集成了输入缩放网络、内部跟踪/保持（T/H）电路、时钟以及三个通用数字输出引脚，适用于工业过程控制、仪器仪表和医疗应用等领域。

1. 输入范围

MAX1134可接受0至+6V（单极性）或±6V（双极性）的输入信号，而MAX1135则接受0至+2.048V（单极性）或±2.048V（双极性）的输入信号。这种灵活的输入范围选择，使得它们能够适应不同的应用需求。

2. 电源与功耗

这两款ADC采用3.135V至3.465V的单电源供电，在不同的工作模式下具有低功耗特性。例如，在10ksps时，掉电模式可将电流消耗降至0.15mA；在较慢的数据速率下，电源电流可进一步降低至小于20µA。

3. 时钟与接口

用户可以选择内部时钟或外部串行接口时钟进行模数转换。此外，串行选通输出（SSTRB）允许直接连接到TMS320系列数字信号处理器。

二、产品特性

1. 高性能采样

具有150ksps（双极性）和125ksps（单极性）的采样速率，16位分辨率且无丢失码，保证了高精度的数据采集。

2. 低失真与高线性度

总谐波失真（THD）低至 -100dB，积分非线性（INL）典型值为1LSB，确保了信号的准确转换。

3. 低功耗设计

单电源3.3V工作，单极性模式下典型电流为4.5mA，关机模式下电流仅为1.2µA，适合电池供电的应用。

4. 灵活的输入配置

软件可配置单极性和双极性输入范围，满足不同应用的需求。

5. 多种时钟选择

支持内部或外部时钟，以及SPI/QSPI/MICROWIRE和TMS320兼容的串行接口。

6. 用户可编程输出

提供三个用户可编程逻辑输出，可用于控制8通道多路复用器或可编程增益放大器（PGA）。

7. 小封装设计

采用20引脚SSOP封装，节省电路板空间。

三、电气特性

1. 直流精度

分辨率为16位，相对精度（INL）在双极性模式下典型值为1.0LSB，最大为±2.5LSB，无丢失码，差分非线性（DNL）在双极性模式下为 -1至 +1.75LSB。

2. 动态性能

在5kHz正弦波输入、150ksps采样速率和3.6MHz时钟下，信号与噪声加失真比（SINAD）可达80 - 84dB，总谐波失真（THD）低至 -100dB。

3. 模拟输入

MAX1134的输入范围为0至+6V（单极性）或±6V（双极性），MAX1135为0至+2.048V（单极性）或±2.048V（双极性）。输入阻抗和电容在不同模式下有所不同。

4. 转换速率

内部时钟频率为3MHz，不同模式下的外部时钟频率和采样速率也有所差异。

5. 电源特性

模拟和数字电源电压范围为3.135V至3.465V，不同模式下的电源电流也不同，电源抑制比（PSRR）为65dB。

四、引脚说明

引脚名称	功能
REF	ADC参考输入，需连接2.048V电压源，并通过4.7µF电容旁路到AGND
AVDD	模拟电源，3.3V ±5%，需通过0.1µF电容旁路到AGND
AGND	模拟地
DGND	数字地
SHDN	关机控制输入，低电平使ADC进入关机模式
P0、P1、P2	用户可编程输出
SSTRB	串行选通输出，用于指示转换状态
DOUT	串行数据输出
RST	复位输入，低电平使设备进入上电默认模式
SCLK	串行数据时钟输入
DIN	串行数据输入
CS	芯片选择输入，低电平使能串行接口
CREF	参考缓冲旁路，需通过1µF电容旁路到AGND
AIN	模拟输入

五、详细工作原理

1. 转换技术

采用逐次逼近技术和输入跟踪/保持（T/H）电路，将模拟信号转换为16位数字输出。

2. 校准功能

为了最小化线性度、偏移和增益误差，MAX1134/MAX1135具备按需软件校准功能。通过写入控制字节（M1 = 0且M0 = 1）来启动校准，并可通过设置控制字节中的INT/EXT位选择内部或外部时钟进行校准。

3. 输入缩放

输入缩放器允许在单3.3V电源下转换真正的双极性输入电压，将外部输入范围映射到内部ADC的输入范围。

4. 数字接口

数字接口引脚包括SHDN、RST、SSTRB、DOUT、SCLK、DIN和CS。通过这些引脚可以实现设备的控制、数据传输和状态指示。

5. 用户可编程输出

P0、P1和P2是三个用户可编程输出，其状态由控制字节的低3位控制，可用于驱动多路复用器、PGA或其他信号预处理电路。

6. 转换启动

通过将控制字节时钟输入到设备的内部移位寄存器来启动转换。在CS为低电平时，SCLK的上升沿将DIN的数据时钟输入。

7. 时钟模式

• 外部时钟模式：外部时钟不仅用于数据移位，还驱动ADC转换步骤。在短采集模式和长采集模式下，SSTRB的脉冲和转换结果的输出时间有所不同。
• 内部时钟模式：MAX1134/MAX1135生成自己的转换时钟，减轻了微处理器的负担，允许在转换完成后以高达4MHz的时钟速率读取转换结果。

六、应用信息

1. 上电复位

上电或RST脉冲为低电平时，内部校准寄存器设置为默认值，用户可编程寄存器（P0、P1和P2）为低电平，设备配置为双极性模式和内部时钟。

2. 校准

定期校准可补偿温度漂移和其他变化。在环境温度变化超过+10°C、电源电压变化100mV或参考电压变化时，应进行校准。

3. 参考电压

需要2.048V的参考电压，并通过4.7µF电容旁路。参考输入的直流输入阻抗最小为16kΩ，转换期间需提供高达150µA的直流负载电流，输出阻抗应小于10Ω。

4. 模拟输入

使用电容式DAC提供固有的跟踪/保持功能，AIN的驱动源阻抗应小于10Ω，信号调理电路应在500ns内以16位精度稳定，输入带宽应限制在采样频率的一半以下以消除混叠。

5. 输入采集与稳定

控制字节的时钟输入启动输入采集，采集时间在不同模式下有所不同。通过设置M1 = 1和M0 = 1可延长采集时间。

七、总结

MAX1134/MAX1135以其高性能、低功耗、灵活的输入配置和丰富的功能，为工业过程控制、仪器仪表、医疗设备等领域的应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择输入范围、时钟模式和校准方式，以充分发挥这两款ADC的优势。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。