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Maxim MAX111

MAX111

Der MAX111 ist ein Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler von Maxim. Er benötigt keine zusätzlichen Komponenten und kann direkt an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Der MAX111 liefert maximal alle 20ms eine Digitalwert mit einer Auflösung von 12Bit oder alle 200ms eine Auflösung von 14Bit. Dazu kommt ein Vorzeichen-Bit und ein Overflow-Bit, das anzeigt, wann der Eingangspegel den zulässigen Bereich übersteigt. Das Datenblatt spezifiziert den MAX111 als +/-14Bit-ADC mit einer Genauigkeit von 12Bit. Auch wenn der Ausgang mit dem Vorzeichen genau genommen 15Bit liefert, so ist die Bezeichnung +/-14Bit doch passender, da das Einlesen negativer Werte nur auf Grund des differentiellen Eingangs möglich ist und die Auflösung tatsächlich nur 14Bit beträgt.

Der MAX111 kommt mit einer einzelnen 5V-Versorgung aus und kann so versorgt differentiell +/-1,5V einlesen. Bezogen auf das Massepotential dürfen dabei aber keine negativen Spannungen anliegen. Die -1,5V beziehen sich auf die Spannung zwischen den differentiellen Eingängen. Das Datenblatt führt neben dem MAX111 auch den MAX110, der mit einer +/-5V-Versorgung +/-3V wandelt. Der Stromaufnahme bewegt sich im Bereich von 1mA und sinkt auf maximal 10µA im Ruhemodus.

Die Sortierung AC weist die geringsten Fehler auf. Das Datenblatt spezifiziert eine Nichtlinearität von +/-0,03% der Vollausteuerung (bei einer Eingangsspannung kleiner als 0,667 * Uref). Der Offset-Fehler darf bis zu +/-4mV betragen. Den Full-Scale-Fehler kann der integrierte Abgleich auf +/-0,2% eingrenzen. Ohne Abgleich muss man mit -8%/+0% rechnen.

 

MAX111 Datenblatt Blockschaltbild

Das Datenblatt enthält ein Blockschaltbild, das die Funktionsweise des MAX111 zeigt. Der ADC bietet zwei differentielle Eingänge. Ein Multiplexer ermöglicht das Umschalten zwischen den beiden Eingänge und der Referenzspannung. Der Biasstrom beträgt maximal 0,5mA. Die Eingangskapazität gibt das Datenblatt mit 10pF an.

Wie üblich für einen Delta-Sigma-ADC speist der Operationsverstärker am Eingang einen Integrator. Ein Komparator wertet den Ausgang des Integrators aus und steuert die Polarität der Referenzspannung am Eingang eines zweiten Operationsverstärkers. Dessen Ausgang ist ebenfalls mit dem Integrator verbunden.

So gibt der Komparator das eine Potential aus, bis der untere Operationsverstärker den Komparator über den Integrator zum Umschalten bringt. Der Ausgang des unteren Operationsverstärkers wechselt entsprechend die Polarität und der Integrator wird umgeladen bis der Komparator erneut schaltet. Bei diesem Vorgang stellt das Eingangssignal quasi den Schaltzeitpunkt ein. Am Ausgang des Komparators ergibt sich ein entsprechend des Eingangssignals moduliertes Rechtecksignal, das bereits einem digitalen Datenstrom entspricht.

Die gewandelten Daten werden über bis zu 102.400 Taktzyklen gemittelt und ergeben so einen relativ störungsfreien Digitalwert. Der Dither Generator sorgt für eine leichte Variation der Schaltzeitpunkte. Andernfalls könnten die Schaltvorgänge Störungen erzeugen, die sich nicht herausfiltern lassen.

Der MAX111 enthält alle notwendigen zusätzlichen Schaltungsteile, um ihn ohne Weiteres direkt an einen Mikrocontroller anbinden zu können. Darunter befindet sich auch ein Taktgenerator, der alternativ zu einem externen Takt genutzt werden kann.

 

MAX111 Datenblatt Metalllage

Das Datenblatt enthält ein Abbild des Dies. Dort steht auch, dass 5849 Transistoren integriert wurden.

 

MAX111 Die

Das im Package enthaltene Die entspricht oberflächlich betrachtet der Abbildung im Datenblatt. Die Abmessungen betragen ungefähr 4,2mm x 3,0mm.

 

MAX111 Die Detail

Das Design stammt aus dem Jahr 1994.

AD67W könnte die interne Bezeichnung des Designs sein. 1Z könnte eine Variation der Metalllage sein, die es ermöglicht zwischen dem MAXIM110 und dem MAX111 zu wechseln.

 

MAX111 Die Detail

Es finden sich die Revisionen von acht Masken.

 

MAX111 Die Analyse

Einige Elemente des Blockschaltbilds lassen sich auf dem Die identifizieren.

 

MAX111 Die Multiplexer

Der Multiplexer, der zwischen den zwei Eingängen und den Referenzpotentialen umschaltet, befindet sich direkt neben den Bondpads der linken Seite. Dort verlaufen vertikal zwei Leitungen, die in einen der Operationsverstärker münden. Von den unteren Eingängen der Referenzpotentiale führen zwei zusätzliche Leitungen zum zweiten Operationsverstärker.

 

MAX111 Die Operationsverstärker

Die Einzelheiten der beiden Operationsverstärker lassen sich nicht analysieren, aber die großen symmetrischen Strukturen sind gut zu erkennen.

Rechts der Operationsverstärker muss sich der Komparator befinden. Eine Zuordnung zu bestimmten Schaltungsteilen ist allerdings nicht möglich.

 

MAX111 Die Kondensator

Eine verhältnismäßig große Fläche nimmt ein Kondensator ein, der aus vier einzelnen Elementen besteht. Höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um die Kapazität des Integrators.

 

MAX111 Die Dither Generator

Der Dither Generator scheint sich in der linken oberen Ecke des Dies zu befinden. Es ist ein abgeschotteter kleiner Schaltkreis, dessen Ausgang in den Bereich führt, in dem sich wahrscheinlich der Komparator befindet. Oftmals dient das Rauschen einer Z-Diode als Grundlage für einen solchen Dither Generator.

 

MAX111 Die Logik

Der Logikbereich erinnert an die regelmäßigen Strukturen eines Gatearrays. Von oben und von unten werden die beiden Versorgungspotentiale zugeführt. Zwischen den vertikal aufgereihten Logikelementen befinden sich die Verbindungsleitungen, die die logischen Verknüpfungen realisieren. Die Strukturen sind allerdings nicht ganz so regelmäßig wie in einem Gatearray. So war es möglich die Fläche effizienter zu nutzen.

 

MAX111 Die RC-CLK

MAX111 Die RC-CLK

Der interne RC-Oszillator findet sich in der rechten unteren Ecke. Dort ist auch das Bondpad des XCLK-Pins platziert, das den internen Takt ausgibt oder einen externen Takt entgegennimmt. Mit der Hilfe von drei Testpads kann man während der Produktion zwei Metall-Fuses auslösen. Höchstwahrscheinlich lässt sich darüber die Frequenz des RC-Oszillators justieren.

 

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