深入剖析 MAX1242/MAX1243：低功耗 10 位串行 ADC 的卓越之选

在电子工程师的设计世界里，合适的 ADC（模拟 - 数字转换器）对于项目的成功至关重要。今天，我们就来详细探讨一下 Maxim Integrated 推出的 MAX1242/MAX1243 这两款 +2.7V 至 +5.25V 低功耗、10 位串行 ADC，看看它们为何能在众多产品中脱颖而出。

文件下载：MAX1243.pdf

一、总体概述

MAX1242/MAX1243 采用 8 引脚封装，拥有小巧的外形。它能在 +2.7V 至 +5.25V 的单电源下稳定工作，具备 7.5µs 的逐次逼近型 ADC、1.5µs 的快速跟踪/保持（Track/Hold）功能、片上时钟以及高速 3 线串行接口。在 73ksps 的最大采样速度下，MAX1242 功耗仅 3.7mW，MAX1243 为 3mW，在 1ksps 时 MAX1243 仅 66µW，关机模式下更可低至 5µW。这样的低功耗特性，使其在对功耗要求苛刻的应用场景中具有很大的优势。

二、器件特性分析

（一）性能特点

1. 电源与分辨率：支持 +2.7V 至 +5.25V 的单电源供电，提供 10 位分辨率，能满足大多数中等精度数据采集需求。
2. 参考电压差异：MAX1242 内置 2.5V 参考电压，使用方便；而 MAX1243 需外部参考，这为用户根据实际需求灵活配置参考电压提供了可能。
3. 封装优势：采用 8 引脚 DIP 和 SO 封装，小尺寸的封装节省了电路板空间，适合对空间要求较高的设计。
4. 接口兼容性：具备 SPI/QSPI™/MICROWIRE® 3 线串行接口，可直接连接标准微控制器的 I/O 端口，方便与各种微处理器进行通信。

（二）电气特性

1. 直流精度：包括分辨率、相对精度、差分非线性、偏移误差、增益误差等指标都有明确的参数范围。例如，MAX124_A 的相对精度可达 ±0.5 LSB，差分非线性 ±1 LSB 等，保证了转换结果的准确性。
2. 动态特性：在 10kHz 正弦波输入、73ksps 采样速率下，信号 - 噪声加失真比（SINAD）达 66dB，总谐波失真（THD）低至 -70dB 等，这些动态指标使得它在处理动态信号时表现出色。
3. 转换速率：转换时间为 5.5 - 7.5µs，跟踪/保持采集时间为 1.5µs，吞吐量速率可达 73ksps，能够实现快速的数据采集和转换。

三、具体工作原理与应用要点

（一）转换器操作

MAX1242/MAX1243 通过输入跟踪/保持（T/H）和逐次逼近寄存器（SAR）电路，将 0V 至 (V_{REF}) 范围内的模拟输入信号转换为 10 位数字输出。转换分为正常和关机两种模式，通过 SHDN 引脚控制。拉低 SHDN 引脚可使器件进入关机状态，降低功耗；拉高或悬空则进入工作模式。转换通过拉低 CS 引脚启动，转换结果以单极串行格式在 DOUT 引脚输出。

（二）模拟输入与带宽

模拟输入范围为 0V 至 (V{REF})，输入电容为 16pF。输入跟踪电路具有 2.25MHz 的小信号带宽，可利用欠采样技术对高速瞬态事件进行数字化处理和测量带宽超过采样率的周期性信号，但为避免混叠，建议使用抗混叠滤波。同时，内部保护二极管可使输入在 GND - 0.3V 至 (V{DD}+0.3V) 范围内摆动而不受损坏，但在接近满量程转换时，输入电压有一定限制。

（三）参考电压

1. 内部参考（MAX1242）：MAX1242 内置 2.5V 参考电压，输出可作为其他元件的参考电压源，能提供高达 400µA 的电流。REF 引脚需用 4.7µF 电容旁路，但较大电容会增加退出关机模式的唤醒时间。拉低 SHDN 引脚可启用内部参考，悬空则禁用并可使用外部参考。
2. 外部参考：MAX1242/MAX1243 可使用外部参考电压，将 SHDN 引脚悬空即可禁用 MAX1242 的内部参考。外部参考电压范围为 1.0V 至 (V_{DD})，转换期间需提供高达 250µA 的直流负载电流，输出阻抗不超过 10Ω，建议旁路电容最小值为 0.1µF。

（四）串行接口与时序控制

1. 初始化与启动转换：上电后，若使用内部参考，需等待最多 20ms 使 4.7µF 参考旁路电容充电至足够电量；使用外部参考时，电源稳定后内部复位时间为 10µs，此期间不应进行转换。拉低 CS 引脚启动转换，转换结束时 DOUT 引脚拉高信号。
2. 外部时钟与时序：实际转换无需外部时钟，转换结果可在微处理器方便时以最高 2.1MHz 的时钟速率读取。时钟占空比无限制，但每个时钟相位至少为 200ns。转换过程中，时钟应保持低电平。通过 CS 和 SCLK 数字输入控制转换启动和数据读取操作，详细时序可参考相关时序图。

（五）输出编码与传输函数

输出数据为二进制格式，标称传输函数决定了代码转换在连续整数 LSB 值的中间位置发生。例如，当 (V_{REF}=2.5V) 时，1 LSB 等于 2.44mV 或 2.5V / 1024。

四、应用场景与接口连接

（一）应用场景

该器件适用于多种场景，如便携式数据记录、过程控制监控、测试设备、温度测量和隔离数据采集等，可满足不同应用对低功耗、小尺寸和高性能 ADC 的需求。

（二）接口连接

MAX1242/MAX1243 串行接口与 SPI、QSPI 和 Microwire 标准串行接口完全兼容。使用这些接口时，需将 CPU 的串行接口设置为主模式，选择合适的时钟频率（最高 2.1MHz），并按照相应的时序要求进行操作。例如，SPI 和 QSPI 接口在数据读取方式和时钟周期要求上有所不同，工程师需根据具体情况进行配置。

五、布局与接地建议

为获得最佳性能，建议使用印刷电路板，避免使用绕线板。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。这样可以减少信号干扰，提高 ADC 的性能。

六、订购信息与芯片信息

文档提供了详细的订购信息，包括不同型号的温度范围、封装类型和积分非线性（INL）等参数。同时，还介绍了芯片的基板连接到 GND、采用 BiCMOS 工艺等芯片信息，以及不同封装的相关信息，方便工程师根据实际需求进行选择。

MAX1242/MAX1243 凭借其低功耗、高性能、小尺寸和丰富的接口兼容性等特点，为电子工程师在设计各种数据采集和处理系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求和场景，合理选择器件、配置参数，并注意电路板布局和接地等问题，以充分发挥该器件的性能优势。大家在使用 MAX1242/MAX1243 时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。