MAX1298/MAX1299：12位串行输出温度传感器与5通道ADC的卓越之选

在电子设计领域，温度和电压的精确测量至关重要。今天，我们将深入探讨MAX1298/MAX1299这两款12位串行输出温度传感器，它们还集成了5通道ADC，能为各类应用提供高精度的测量解决方案。

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一、产品概述

1. 基本功能

MAX1298和MAX1299分别采用+5V和+3V电源电压，实现本地和远程温度传感，分辨率高达12位。在0至+70°C的温度范围内，精度可达±1°C，且无需校准。它们还具备算法式开关电容模数转换器（ADC）、片上时钟以及与SPI、QSPI™和MICROWIRE®兼容的3线串行接口。

2. 输入模式与测量能力

这两款器件不仅能进行温度测量，还能以12位分辨率进行全差分电压测量，正负极输入分别配备独立的跟踪保持（T/H）电路。其输入模式多样，包括两对3通道信号、相对于AIN5的五个单通道信号，或者相对于地的VDD/4。此外，使用外部参考可实现更精确的电压测量。

3. 低功耗设计

MAX1299的典型功耗仅为1.3mW，并且提供关机模式和两种待机模式，这为需要有限采样吞吐量的便携式应用提供了延长电池寿命的多种策略。

4. 封装形式

MAX1298/MAX1299采用16引脚SSOP封装，节省空间，适合多种应用场景。

二、应用领域

• 工作站和通信设备：用于温度和电压监控，确保设备稳定运行。
• 手持仪器：满足高精度测量需求，同时低功耗设计延长电池续航。
• 医疗设备：对温度和电压的精确测量有助于保障医疗设备的安全性和可靠性。
• 工业过程控制：为工业生产过程中的温度和电压监测提供准确数据。

三、产品特性

1. 高精度测量

• 温度和电压输入均为12位分辨率：能够提供精确的测量结果。
• -40°C至+85°C范围内±1°C的精度：确保在较宽的温度范围内仍能保持高精度。

2. 全差分输入与单电源操作

• 全差分输入：有效抑制噪声，提高测量精度。
• 单电源操作：MAX1298的电源电压范围为+4.75V至+5.25V，MAX1299为+2.7V至+3.6V，使用方便。

3. 兼容接口与内部参考

• 3线SPI/QSPI/MICROWIRE兼容接口：便于与其他设备进行通信。
• 内部精密电压参考：MAX1298为2.50V，MAX1299为1.20V，提供稳定的参考电压。

4. 节省空间的封装

16引脚SSOP封装，适合对空间要求较高的应用。

四、电气特性

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全运行至关重要。例如，VDD至GND的电压范围为 -0.3V至+6V，各引脚的电压和电流都有相应的限制。在设计电路时，务必严格遵守这些额定值，避免对器件造成永久性损坏。

2. 直流精度

• 分辨率：12位，能够提供较高的测量精度。
• 相对精度和差分非线性：均为±1 LSB，保证了测量的准确性。
• 偏移误差和增益误差：输入AIN0 - AIN5的偏移误差为±2 LSB，增益误差为±4 LSB。

3. 转换速率

• 电压测量转换时间：1.1ms，温度测量转换时间为2.2ms，能够满足快速测量的需求。
• 跟踪/保持采集时间：16µs，确保能够准确采集输入信号。

4. 模拟输入和数字输入输出特性

模拟输入具有一定的电压范围、输入电流和电容特性，数字输入输出也有相应的电压、电流和电容要求。在设计电路时，需要根据这些特性进行合理的电路布局和信号处理。

5. 电源要求

不同的工作模式下，器件的电源电流有所不同。例如，在全开启状态下，电压测量和温度测量的电源电流会因使用内部或外部参考而有所差异。此外，还提供了待机和关机模式，以降低功耗。

6. 内部电压参考特性

内部电压参考具有一定的精度和温度系数，能够为测量提供稳定的参考电压。同时，参考输出还具有一定的短路电流和噪声特性。

7. 温度测量特性

• 内部温度测量：分辨率为0.13°C，在不同温度范围内具有一定的输出误差。
• 外部温度测量：使用2N3904等二极管时，输出误差在一定范围内。

五、引脚描述

MAX1298/MAX1299的每个引脚都有其特定的功能，例如AIN0 - AIN5为模拟输入引脚，用于连接外部传感器或电压源；SSTRB为串行选通输出引脚，用于指示A/D转换的开始和结束；CS为片选引脚，控制数据的输入和输出等。在设计电路时，需要根据引脚功能进行正确的连接和配置。

六、详细工作原理

1. 转换器操作

电压转换需要64个fCLK周期，温度转换需要125个CLK周期。在转换过程中，输入信号会经过跟踪/保持阶段，采样电容会在特定的时钟周期内充电和放电，以实现信号的采集和转换。

2. 跟踪/保持阶段

T/H阶段是一个简单的开关电容采样操作，其采集时间与输入信号的源阻抗和输入电容有关。当源阻抗低于100kΩ时，对器件的AC性能影响较小。

3. 模拟输入保护

内部保护二极管将模拟输入钳位到VDD和GND，确保在一定电压范围内不会损坏器件。但为了保证精确转换，输入信号不应超出电源轨。

4. 串行数字接口

该接口与SPI、QSPI和MICROWIRE设备完全兼容。在使用时，需要确保CPU串行接口运行在主模式，并设置合适的时钟频率和极性。

5. 输入输出数据格式

输入数据通过DIN引脚在SCLK的上升沿时钟输入，输出数据通过DOUT引脚在SCLK的下降沿时钟输出。温度转换和电压转换的输出数据格式有所不同。

6. 转换操作

上电后，器件默认处于关机模式。通过传输配置字节和转换字节可以启动转换。SSTRB引脚用于指示转换的开始和结束，典型的转换时间为温度测量2.2ms，电压测量1.1ms。

7. 参考选择

可以通过配置字节的REF位选择内部或外部参考模式。内部参考具有一定的精度和负载能力，外部参考则需要满足一定的电压范围。

8. 电源模式

包括关机模式、待机模式和待机加模式，不同模式下的功耗和唤醒时间有所不同。在设计时，可以根据实际需求选择合适的电源模式，以节省功耗。

9. 温度测量

通过内部或外部二极管连接的晶体管进行温度测量，经过三步过程将温度转换为数字输出。测量结果需要进行一定的转换才能得到摄氏度温度。

10. 屏蔽输出缓冲器

SHO引脚提供一个约为VDD/2 + 0.6V的屏蔽输出缓冲电压，用于抑制外部二极管温度测量时的泄漏电流。

七、应用信息

1. 远程二极管选择

选择高质量的二极管连接的小信号晶体管对于温度测量的准确性至关重要。推荐使用如2N3904等器件，同时要注意晶体管的基极电阻和正向电流增益等参数。

2. 双绞线和屏蔽电缆

在远程传感器距离较远或环境噪声较大时，使用双绞线或屏蔽电缆可以提高测量的准确性。电缆电阻会影响远程传感器的精度，需要注意选择合适的电缆。

3. 远程二极管屏蔽

通过将金属迹线连接到SHO屏蔽输出，可以抑制PC板上二极管连接晶体管的泄漏电流，提高温度测量的准确性。

4. 布局、接地和旁路

为了获得最佳性能，应使用PC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，避免平行布线。同时，需要对电源进行旁路处理，以减少高频噪声对ADC性能的影响。

八、总结

MAX1298/MAX1299是两款功能强大的12位串行输出温度传感器，集成了5通道ADC，具有高精度、低功耗、多种输入模式和灵活的电源管理等优点。在工作站、通信设备、手持仪器、医疗设备和工业过程控制等领域都有广泛的应用前景。在设计电路时，需要充分了解其电气特性、引脚功能和工作原理，合理选择应用方案，以实现最佳的测量效果。

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