在電子設備的設計過程中，模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換是一個關鍵環(huán)節(jié)。而高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）則是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心部件。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）的ADS1112這款16位ADC。

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一、ADS1112概述

ADS1112是一款精密的、具備連續(xù)自校準功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用小巧的MSOP - 10和無引腳QFN風格（小外形、無引腳）封裝。它擁有兩個差分通道或三個單端通道，最高可實現(xiàn)16位的分辨率。其片上集成的2.048V參考電壓，能提供±2.048V的差分輸入范圍。工作電源范圍為2.7V至5.5V，使用I2C兼容的串行接口，并且有兩個地址引腳，允許用戶從八個I2C從地址中選擇一個。

二、關鍵特性

2.1 多通道測量

ADS1112支持從兩個差分通道或三個單端通道進行測量，這使得它在不同的應用場景中都能靈活應對。例如，在工業(yè)過程控制中，可以同時測量多個傳感器的信號。

2.2 I2C接口與多地址選擇

I2C接口是一種廣泛應用的串行通信接口，支持多個設備和主設備在單總線上通信。ADS1112通過兩個地址引腳A0和A1，可以選擇八個不同的I2C從地址，方便在同一總線上連接多個ADS1112設備。

2.3 片上參考電壓

片上集成的2.048V參考電壓，精度為2.048V ±0.05%，漂移為5ppm/°C。這為ADC提供了穩(wěn)定的參考，保證了測量的準確性。

2.4 可編程增益放大器（PGA）

PGA可提供高達八倍的增益，使得較小的信號也能以高分辨率進行測量。在一些微弱信號檢測的應用中，如便攜式儀器，PGA的作用就顯得尤為重要。

2.5 可編程數(shù)據(jù)速率

數(shù)據(jù)速率可在15SPS至240SPS之間進行編程選擇，用戶可以根據(jù)實際應用需求來平衡采樣速度和分辨率。

2.6 低功耗設計

在單轉(zhuǎn)換模式下，ADS1112在一次轉(zhuǎn)換完成后會自動斷電，大大降低了空閑期間的電流消耗，非常適合電池供電的便攜式設備。

三、絕對最大額定值

四、工作原理

4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器核心

ADS1112的A/D轉(zhuǎn)換器核心由一個差分開關電容Δ - Σ調(diào)制器和一個數(shù)字濾波器組成。調(diào)制器測量由輸入多路復用器選擇的正、負模擬輸入之間的電壓差，并將其與2.048V的參考電壓進行比較。數(shù)字濾波器接收來自調(diào)制器的高速位流，并輸出一個與輸入電壓成比例的代碼。

4.2 多路復用器

輸入多路復用器提供兩個差分或三個單端輸入通道，通過配置寄存器中的兩位來控制多路復用器的設置。

4.3 電壓參考

片上集成的2.048V電壓參考是ADC的唯一參考，不能連接外部參考。其性能會影響整個ADS1112的增益和漂移特性。

4.4 輸出代碼計算

輸出代碼的計算公式為：$Output Code = -1 × Min Code × PGA × \frac{(V{IN+}) - (V{IN-})}{2.048 V}$

4.5 自校準

ADS1112內(nèi)置了自校準電路，可連續(xù)自動校準，無需用戶干預，也不能停用。校準效果體現(xiàn)在電氣特性中的失調(diào)和增益誤差數(shù)據(jù)里。

4.6 時鐘振蕩器

片上集成的時鐘振蕩器為調(diào)制器和數(shù)字濾波器提供時鐘信號。由于其頻率會隨電源電壓和溫度變化，可能會影響輸入阻抗和數(shù)據(jù)速率。而且，ADS1112不能使用外部系統(tǒng)時鐘。

4.7 輸入阻抗

ADS1112采用開關電容輸入級，其輸入阻抗受PGA設置、電容值和開關頻率影響。開關頻率由片上時鐘振蕩器決定，會隨電源電壓和溫度漂移。在高輸出阻抗信號源的應用中，可能需要使用緩沖器，但要注意緩沖器會引入噪聲、失調(diào)和增益誤差。

4.8 混疊問題

當輸入信號頻率超過數(shù)據(jù)速率的一半時，會發(fā)生混疊現(xiàn)象。ADS1112的數(shù)字濾波器能對高頻噪聲進行一定衰減，但不能完全替代抗混疊濾波器。在某些應用中，可能需要外部的簡單RC濾波器。

五、使用方法

5.1 工作模式

ADS1112有連續(xù)轉(zhuǎn)換和單轉(zhuǎn)換兩種工作模式。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，它會持續(xù)進行轉(zhuǎn)換；在單轉(zhuǎn)換模式下，需要將轉(zhuǎn)換寄存器中的ST/DRDY位置1來啟動一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后會自動斷電。

5.2 復位和上電

上電時，ADS1112會自動復位，將配置寄存器的所有位設置為默認值。它還能響應I2C通用調(diào)用復位命令。

5.3 I2C接口

ADS1112通過I2C接口進行通信，這是一種兩線開漏接口，支持多個設備和主設備在單總線上通信。通信時，主設備發(fā)起通信，發(fā)送地址字節(jié)選擇從設備，并通過時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA進行數(shù)據(jù)傳輸。ADS1112只能作為從設備，SCL為輸入引腳。

5.4 I2C通用調(diào)用

當接收到I2C通用調(diào)用地址（0000000）且第八位為0時，ADS1112會響應。根據(jù)第二個字節(jié)的不同，它可以鎖存地址引腳狀態(tài)或進行內(nèi)部復位。

5.5 串行總線地址

主設備通過發(fā)送包含七個地址位和一個方向位的從地址字節(jié)來對ADS1112進行編程。ADS1112的兩個地址引腳A0和A1可以設置為低電平、高電平或浮空，從而選擇八個不同的I2C地址。

5.6 I2C數(shù)據(jù)速率

I2C總線有標準模式（最高100kHz）、快速模式（最高400kHz）和高速模式（最高3.4MHz）三種速度模式。ADS1112與這三種模式完全兼容，但高速模式需要發(fā)送特殊的地址字節(jié)來激活。

5.7 寄存器

ADS1112有兩個可通過I2C端口訪問的寄存器：輸出寄存器和配置寄存器。輸出寄存器存儲最后一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，配置寄存器用于控制ADS1112的工作模式、輸入選擇、數(shù)據(jù)速率和PGA設置。

5.8 讀寫操作

讀取時，先對ADS1112進行讀尋址，然后讀取三個字節(jié)，前兩個是輸出寄存器內(nèi)容，第三個是配置寄存器內(nèi)容。寫入時，先對ADS1112進行寫尋址，然后發(fā)送一個字節(jié)到配置寄存器。

六、應用信息

6.1 基本連接

ADS1112的連接相對簡單，其全差分電壓輸入適合連接中等低源阻抗的差分信號源。在轉(zhuǎn)換時，它會瞬間吸收電流，因此需要0.1μF的旁路電容。I2C總線的SDA和SCL線需要上拉電阻，電阻值要根據(jù)總線速度和電容來選擇。

6.2 連接多個設備

可以通過設置地址引腳A0和A1，將多個ADS1112連接到同一總線上。每個總線只需一組上拉電阻，但可能需要適當降低電阻值以補償額外的總線電容。

6.3 使用GPIO端口模擬I2C

如果沒有I2C控制器，可以使用微控制器的GPIO引腳模擬I2C總線協(xié)議。在這種情況下，SCL線可以不使用上拉電阻，但如果總線上有設備可能拉低時鐘線，則需要使用上拉電阻。

6.4 單端輸入測量

雖然ADS1112有兩個差分輸入，但也可以輕松測量三個單端信號。通過將AIN3引腳接地，并將輸入信號施加到AIN0、AIN1或AIN2上，然后根據(jù)配置寄存器的選擇讀取數(shù)據(jù)。

6.5 低側(cè)電流監(jiān)測

在低側(cè)分流型電流監(jiān)測電路中，ADS1112可以讀取分流電阻上的電壓。建議將ADS1112的增益設置為8，同時降低OPA335運算放大器的增益。為了保護ADS1112，輸入線上可以放置限流電阻。

ADS1112是一款功能強大、性能優(yōu)越的16位ADC，在便攜式儀器、工業(yè)過程控制、智能變送器等領域都有廣泛的應用前景。通過深入了解其特性、工作原理和使用方法，我們可以更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢，設計出更優(yōu)秀的電子系統(tǒng)。你在使用ADS1112的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。