ADS131A02和ADS131A04器件是雙通道和四通道、同步采樣、24位、三角積分（ΔΣ）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。寬動(dòng)態(tài)范圍、可擴(kuò)展數(shù)據(jù)速率高達(dá) 128 kSPS 以及內(nèi)部故障監(jiān)控器，使ADS131A02或ADS131A04成為能源監(jiān)控、電網(wǎng)保護(hù)和控制應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)的理想選擇。ADC輸入可以獨(dú)立直接連接到電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)、電流互感器或羅氏線圈，以測(cè)量電壓或電流。提供靈活的電源選項(xiàng)，包括內(nèi)部負(fù)電荷泵，可最大限度地提高高動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用的有效分辨率。

提供異步和同步主從接口選項(xiàng)，在單個(gè)系統(tǒng)中鏈接多個(gè)器件時(shí)提供ADC配置靈活性?？梢栽诮涌谏蠁⒂枚鄠€(gè)接口檢查、ADC啟動(dòng)檢查和數(shù)據(jù)完整性檢查，以報(bào)告ADC中和數(shù)據(jù)傳輸期間的錯(cuò)誤。

完整的模擬前端 （AFE） 解決方案采用 32 引腳 TQFP 封裝，額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。
*附件：ads131a02.pdf

特性

• 2 或 4 個(gè)同步采樣差分輸入
• 數(shù)據(jù)速率高達(dá) 128 kSPS
• 高性能：
  • 單通道精度：在 10,000：1 動(dòng)態(tài)范圍下優(yōu)于 0.1%
  • 有效分辨率：8 kSPS 時(shí)為 20.6 位
  • 總諧波擾：50 Hz 和 60 Hz 時(shí)為 –100 dB
• 集成負(fù)電荷泵允許絕對(duì)輸入電壓低于地
• 靈活的模擬電源作：
  • 使用負(fù)電荷泵：3.0 V 至 3.45 V
  • 單極電源：3.3 V 至 5.5 V
  • 雙極電源：±2.5 V
• 數(shù)字電源：1.65 V 至 3.6 V
• 低漂移內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源：6 ppm/°C
• ADC自檢
• 通信中的循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC） 和漢明碼糾錯(cuò)
• 多種SPI數(shù)據(jù)接口模式：
  • 異步中斷
  • 同步主從機(jī)
• 封裝：32引腳TQFP
• 工作溫度范圍：
  –40°C 至 +125°C
  參數(shù)

方框圖

ADS131A0x 是德州儀器推出的 2-4 通道同步采樣 24 位 ΔΣ ADC 系列，包含 ADS131A02（2 通道）、ADS131A04（4 通道）兩個(gè)型號(hào)，集成低漂移基準(zhǔn)源與負(fù)電荷泵，支持多模式 SPI 接口，封裝為 32 引腳 TQFP，兼具高動(dòng)態(tài)范圍、靈活供電與數(shù)據(jù)完整性保障特性，適配電能計(jì)量、電池管理、斷路器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工業(yè)與能源監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。

一、核心特性與關(guān)鍵參數(shù)

1. 基礎(chǔ)性能

• 分辨率與采樣速率：24 位分辨率，采樣速率可通過過采樣率（OSR）配置，最高達(dá) 128 kSPS，8 kSPS 時(shí)有效分辨率 20.6 位。
• 精度表現(xiàn)：積分非線性（INL）典型值 8 ppm、最大 20 ppm；失調(diào)誤差典型值 500 μV，失調(diào)溫漂 2.5 μV/°C（最大 4 μV/°C）；增益誤差典型值 ±0.03% FS，增益溫漂 0.5 ppm/°C（最大 2 ppm/°C），精度穩(wěn)定。
• 輸入配置：差分輸入，輸入范圍 ±V_REF/Gain（V_REF 支持 2.442 V/4.0 V 內(nèi)部基準(zhǔn)或 2.0 V-AVDD-0.5 V 外部基準(zhǔn)）；輸入電容 3.5 pF，差分輸入阻抗約 130 kΩ（f_MOD=4.096 MHz 時(shí)）。

2. 核心功能

• 動(dòng)態(tài)性能：50/60 Hz 輸入時(shí) SNR 典型值 111 dB（V_REF=2.442 V）、115 dB（V_REF=4.0 V），THD 典型值 - 100 dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）≥102.5 dB，動(dòng)態(tài)范圍最高 115 dB，信號(hào)采集質(zhì)量?jī)?yōu)異。
• 集成功能：內(nèi)置低漂移基準(zhǔn)源（溫漂 6 ppm/°C），支持 2.442 V/4.0 V 切換；集成負(fù)電荷泵，可實(shí)現(xiàn)單電源下輸入電壓低于地電位（最低 - 1.5 V）；支持 5 檔數(shù)字增益（1/2/4/8/16），適配不同幅度信號(hào)。
• 數(shù)據(jù)完整性：支持漢明碼（單比特糾錯(cuò)、多比特檢錯(cuò)）與 CRC16 校驗(yàn)，SPI 通信含幀錯(cuò)誤、命令錯(cuò)誤等多重故障檢測(cè)，提升傳輸可靠性。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：高分辨率模式下，ADS131A02 功耗典型值 12.5 mW，ADS131A04 典型值 15.8 mW；低功耗模式下功耗可降至 4.6 mW（A02）、5.3 mW（A04），待機(jī)模式功耗 2.6 mW，功耗優(yōu)化靈活。
• 工作條件：模擬供電（AVDD-AVSS）支持單極性（3.0 V-5.5 V）、雙極性（±2.5 V）或單極性 + 負(fù)電荷泵（3.0 V-3.45 V）；數(shù)字供電（IOVDD）1.65 V-3.6 V；工作溫度 - 40°C 至 + 125°C，適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境。
• 封裝規(guī)格：32 引腳 TQFP 封裝，尺寸 5.0 mm×5.0 mm，散熱與布局兼容性良好，適合高密度 PCB 設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品型號(hào)差異

三、應(yīng)用場(chǎng)景

適用于商業(yè) / 民用電能表、斷路器、電池測(cè)試設(shè)備、電池管理系統(tǒng)（BMS）、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，尤其適配對(duì)同步采樣、動(dòng)態(tài)范圍、供電靈活性有嚴(yán)格要求的能源監(jiān)測(cè)與工業(yè)控制場(chǎng)景。

四、設(shè)計(jì)與使用建議

1. 電源與基準(zhǔn)

• 電源設(shè)計(jì)：模擬電源（AVDD/AVSS）與數(shù)字電源（IOVDD/GND）獨(dú)立供電，各電源引腳就近放置 1 μF 低 ESR 陶瓷去耦電容；啟用負(fù)電荷泵時(shí)，VNCP 引腳需并聯(lián) 270 nF 電容至 AVSS，確保輸出穩(wěn)定。
• 基準(zhǔn)配置：優(yōu)先使用內(nèi)置基準(zhǔn)（2.442 V/4.0 V 可配置），外部基準(zhǔn)需連接 REFEXT 引腳并添加 RC 濾波（推薦帶寬 < 10 Hz），減少基準(zhǔn)噪聲影響；REFP 與 REFN 引腳需分別并聯(lián) 1 μF 電容，保障基準(zhǔn)穩(wěn)定性。

2. 輸入與校準(zhǔn)

• 輸入保護(hù)：模擬輸入電壓需限制在 AVSS-0.3 V 至 AVDD+0.3 V（禁用電荷泵）或 AVSS-1.65 V 至 AVDD+0.3 V（啟用電荷泵），建議添加 RC 抗混疊濾波器（電容選用 C0G/NPO 材質(zhì)，容量≥1.2 nF），串聯(lián)電阻≤2.2 Ω。
• 校準(zhǔn)與配置：通過 COMP_TH 寄存器設(shè)置輸入過壓 / 欠壓檢測(cè)閾值；支持 16 檔 OSR 配置，可在噪聲與采樣速率間平衡；各通道增益獨(dú)立配置，適配不同量程傳感器信號(hào)。

3. 接口與時(shí)序

• SPI 通信：支持異步中斷、同步主 / 從三種模式，支持 16/24/32 位數(shù)據(jù)字長(zhǎng)，可多器件級(jí)聯(lián)擴(kuò)展通道；SCLK 最高頻率 25 MHz（IOVDD>2.7 V 時(shí)），通信時(shí)序支持 CPOL=0、CPHA=1。
• 時(shí)序要求：采樣周期隨 OSR 變化，128 kSPS 時(shí)周期 7.8125 μs；DRDY 引腳指示數(shù)據(jù)就緒，DONE 引腳支持多器件級(jí)聯(lián)同步，確保多通道 / 多器件同步采集。

五、封裝與訂購(gòu)信息

• 封裝規(guī)格：32 引腳 TQFP（PBS 封裝），尺寸 5.0 mm×5.0 mm，引腳間距 0.5 mm，需注意熱焊盤接地以優(yōu)化散熱。
• 訂購(gòu)型號(hào)：批量供應(yīng)型號(hào)如 ADS131A02IPBSR（1000 個(gè) / 卷）、ADS131A04IPBS（250 個(gè) / 托盤），符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級(jí) 2（1 年），峰值回流溫度 260°C，引腳鍍層為 NIPDAU。

六、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 布局規(guī)范：PCB 劃分模擬區(qū)、數(shù)字區(qū)與電源區(qū)，采用單一接地平面，避免地環(huán)路；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開布線，SCLK 等數(shù)字時(shí)鐘遠(yuǎn)離模擬引腳；去耦電容距電源引腳不超過 20 mil，減少寄生參數(shù)。
• 功耗優(yōu)化：低吞吐量場(chǎng)景可切換至低功耗模式（f_MOD 降至 1.05 MHz），閑置通道可關(guān)閉；通過 OSR 動(dòng)態(tài)調(diào)整，低速率場(chǎng)景增大 OSR 以降低噪聲，高速場(chǎng)景減小 OSR 提升響應(yīng)速度。
• 前端設(shè)計(jì)：選擇低噪聲、高帶寬運(yùn)放（如 THS4531A）作為輸入驅(qū)動(dòng)，運(yùn)放單位增益帶寬需≥4 倍濾波器截止頻率；電流測(cè)量場(chǎng)景可搭配電流互感器（CT）或羅氏線圈，電壓測(cè)量需通過電阻分壓將高壓降至 ADC 輸入范圍。