探索MAX1179/MAX1187/MAX1189：16位单电源ADC的卓越性能

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。MAXIM推出的MAX1179/MAX1187/MAX1189系列16位、135ksps单电源ADC，凭借其独特的特性和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。下面我们就来深入了解这款ADC的特点和应用。

文件下载：MAX1189.pdf

一、产品概述

MAX1179/MAX1187/MAX1189是16位低功耗逐次逼近型ADC，具备自动掉电功能、工厂校准的内部时钟和16位宽并行接口。它们采用单 +4.75V至 +5.25V模拟电源供电，并拥有独立的数字电源输入，可直接与 +2.7V至 +5.25V数字逻辑接口。不同型号在输入电压范围上有所差异，MAX1179接受 ±5V的双极性输入电压范围，MAX1187接受0至 +10V的模拟输入电压范围，而MAX1189接受 ±10V的双极性模拟输入电压范围。

二、产品特性

2.1 输入电压范围灵活

提供 ±10V、±5V或0至10V三种不同的模拟输入电压范围，能够满足多种应用场景的需求。

2.2 接口与电源兼容性

具备16位宽并行接口，单 +4.75V至 +5.25V模拟电源电压，可与 +2.7V至 +5.25V数字逻辑接口，方便与各种数字系统集成。

2.3 高精度性能

±2LSB（最大）的积分非线性（INL）和 ±1LSB（最大）的差分非线性（DNL），保证了高精度的转换结果。

2.4 低功耗设计

在135ksps采样率下，使用外部参考时功耗仅为23mW，使用内部 +4.096V参考时为29mW。AutoShutdown™功能可在10ksps时将电源电流降至0.4mA，非常适合电池供电的应用。

2.5 小尺寸封装

采用28引脚TSSOP封装，节省电路板空间。

三、电气特性

3.1 直流精度

分辨率为16位，不同型号的DNL和INL指标有所不同，能有效保证转换的准确性。过渡噪声低至0.6LSB RMS（外部参考），内部参考的精度也较高。此外，还给出了偏移误差、增益误差、偏移漂移和增益漂移等参数，为系统设计提供了详细的参考。

3.2 交流精度

在1kHz输入频率、满量程输入和135ksps采样率下，信号 - 噪声加失真比（SINAD）可达86 - 90dB，信噪比（SNR）为87 - 91dB，总谐波失真（THD）低至 - 100dB，无杂散动态范围（SFDR）为92 - 103dB，展现了出色的交流性能。

3.3 模拟输入

不同型号具有不同的输入范围和输入电阻，在正常工作和关机模式下的输入电流也有所差异。输入电容为10pF，为输入电路的设计提供了依据。

3.4 内部参考

内部参考输出电压为4.096V，温度系数为 ±35ppm/°C，短路电流为 ±10mA。可通过REFADJ引脚进行微调，输入阻抗约为5kΩ。

3.5 外部参考

外部参考可连接到REFADJ或REF引脚，REFADJ输入阻抗典型值为5kΩ。使用外部参考时，需确保其能提供100µA的直流负载电流，输出阻抗不超过10Ω。

3.6 数字输入/输出

输出高电压和低电压满足一定的规范，输入高电压和低电压与数字电源电压相关，输入泄漏电流小，输入迟滞为0.2V，输入电容为15pF，三态输出泄漏电流和电容也有相应的指标。

3.7 电源

模拟电源电压范围为4.75 - 5.25V，数字电源电压范围为2.70 - 5.25V。不同型号在不同参考和采样率下的电源电流不同，关机模式下电源电流可低至0.5 - 5µA，待机模式下为3.7mA，数字电源电流为0.75mA，电源抑制比为3.5LSB。

3.8 时序特性

最大采样率为135ksps，采集时间为2µs，转换时间为4.7µs，CS脉冲宽度、R/C到CS的建立和保持时间、CS到输出数据有效时间等都有明确的规定，确保了系统的时序准确性。

四、典型应用特性

通过一系列图表展示了电源电流与温度、采样率的关系，INL和DNL与代码的关系，偏移误差、增益误差与温度的关系，以及SFDR、THD、SINAD与频率的关系等。这些特性有助于工程师在实际应用中更好地了解ADC的性能表现，优化系统设计。

五、引脚描述

详细介绍了每个引脚的功能，如D0 - D15为三态数字数据输出引脚，R/C用于控制读取和转换，EOC表示转换结束，AVDD和DVDD分别为模拟和数字电源输入，AIN为模拟输入引脚等。了解引脚功能对于正确连接和使用ADC至关重要。

六、工作原理

6.1 转换操作

采用逐次逼近（SAR）转换技术，结合固有的跟踪 - 保持（T/H）阶段，将模拟输入转换为16位数字输出。并行输出为微处理器提供了高速接口。

6.2 输入缩放

输入缩放器允许在单 +5V模拟电源下转换真正的双极性输入电压和高于电源的输入电压，将模拟输入衰减并移位以匹配内部DAC的输入范围。

6.3 跟踪和保持

在跟踪模式下，内部保持电容获取模拟信号；在保持模式下，T/H开关打开，电容DAC对模拟输入进行采样。

6.4 掉电模式

可通过R/C引脚在CS的第二个下降沿选择待机模式或关机模式。待机模式下，内部参考和参考缓冲器在转换之间保持开启，减少了等待参考上电的时间；关机模式下，参考和参考缓冲器在转换完成后关闭，可降低功耗，但再次上电时需要12ms的时间来唤醒和稳定。

6.5 内部时钟

内部生成转换时钟，减轻了微处理器运行SAR转换时钟的负担，从进入保持模式到转换结束的总转换时间最大为4.7µs。

七、应用信息

7.1 启动转换

通过CS和R/C引脚控制采集和转换。CS的第一个下降沿在R/C为低电平时为设备上电并使其进入采集模式，若R/C为高电平则忽略CS信号。从关机状态上电时，内部参考需要至少12ms的时间来唤醒和稳定。可通过在CS为高电平时切换RESET引脚来复位设备，下一个CS的下降沿开始采集。

7.2 选择待机或关机模式

通过R/C引脚在CS的第二个下降沿选择待机或关机模式。R/C为低电平时进入待机模式，参考和缓冲器保持开启；R/C为高电平时进入关机模式，参考和缓冲器关闭。

7.3 读取转换结果

EOC引脚在转换完成时向微处理器发出信号，其下降沿表示数据有效并准备输出到总线。D0 - D15为并行输出，在采集和转换期间保持高阻抗，CS的第三个下降沿且R/C为高电平时将数据加载到总线上。

八、布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，建议使用印刷电路板（PC）。避免模拟和数字线路相互平行，不要在ADC封装下方布置数字信号路径。采用单独的模拟和数字接地平面，并在尽可能靠近设备的位置将两个接地系统连接在一起。将数字信号远离敏感的模拟和参考输入，若数字线路必须与模拟线路交叉，应采用直角交叉以减少数字噪声耦合。对于AVDD电源，使用0.1µF电容与1µF至10µF低ESR电容并联进行旁路，且电容引脚应尽量短，以减少杂散电感。

九、定义

9.1 积分非线性（INL）

实际传输函数值与直线的偏差，通过端点法测量。

9.2 差分非线性（DNL）

实际步长与理想值1LSB的差值，1LSB的DNL误差保证了无丢失码和单调传输函数。

9.3 信噪比（SNR）

满量程模拟输入（RMS值）与RMS量化误差（残余误差）的比值，实际中还需考虑其他噪声源。

9.4 信号 - 噪声加失真比（SINAD）

输入信号基频的RMS幅度与所有其他ADC输出信号的RMS等效值的比值。

9.5 有效位数（ENOB）

表示ADC在特定输入频率和采样率下的全局精度，通过SINAD计算得出。

9.6 总谐波失真（THD）

输入信号前五次谐波的RMS和与基波本身的比值。

9.7 无杂散动态范围（SFDR）

基波（最大信号分量）的RMS幅度与下一个最大频率分量的RMS值的比值。

十、芯片信息

该系列ADC的晶体管数量为15,383，采用BiCMOS工艺制造。同时，文档还提供了详细的订购信息，包括不同型号的温度范围、引脚封装、输入电压范围和INL指标等。

MAX1179/MAX1187/MAX1189系列ADC以其高精度、低功耗、灵活的输入范围和良好的兼容性，为工业过程控制、仪器仪表、医疗应用等领域提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择型号，并注意布局、接地和旁路等方面的问题，以充分发挥该系列ADC的性能优势。大家在使用这款ADC的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。