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ADS117L18 512kSPS、16位、8通道、同步采樣、寬帶寬、Δ-Σ ADC技術(shù)手冊(cè)

科技綠洲 ? 2025-10-22 10:54 ? 次閱讀
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ADS117L14(四通道)和ADS117L18(八進(jìn)制)是 16 位、三角形 Σ (ΔΣ)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)。這些器件提供4個(gè)或8個(gè)通道的同步采樣,數(shù)據(jù)速率高達(dá)512kSPS(寬帶濾波器模式)和1365kSPS(低延遲濾波器模式)。24位ADS127L14(四通道)和ADS127L18(八進(jìn)制)ADC是引腳兼容器件,可提高分辨率。
*附件:ads117l18.pdf

特性

  • 同時(shí)測(cè)量四個(gè)或八個(gè)通道
  • 寬帶濾波器模式:高達(dá) 512kSPS
    • 線性相位響應(yīng)
    • ±0.0004dB通帶紋波
    • 106dB阻帶衰減
  • 低延遲濾波模式:高達(dá) 1365kSPS
    • 3.9μs 轉(zhuǎn)換延遲
  • 功率可擴(kuò)展速度模式:
    • 最大轉(zhuǎn)速:21mW/ch (512kSPS/1365kSPS)
    • 高速:16mW/ch (400kSPS/1067kSPS)
    • 中速:9mW/ch (200kSPS/533kSPS)
    • 低速:3mW/ch (50kSPS/133kSPS)
  • 高精度
    • 200kSPS時(shí)的SNR:97.7dB(典型值)
    • 總諧波差:–115dB(典型值)
    • INL:0.5LSB(典型值)
    • 失調(diào)漂移:60nV/°C(典型值)
    • 增益漂移:1ppm/°C FSR(典型值)
  • 預(yù)充電緩沖信號(hào)輸入
  • 雙極或單極電源
  • ±VREF 或 ±2VREF 輸入范圍
  • 可通過引腳設(shè)置或 SPI 進(jìn)行編程
  • 用于輸出數(shù)據(jù)的幀同步端口
  • 內(nèi)部或外部時(shí)鐘
  • 模擬電源電壓:2.85V 至 5.5V

參數(shù)
image.png

方框圖

image.png
ADS117L14(4 通道)與 ADS117L18(8 通道)是 16 位 ΔΣ 架構(gòu)同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),主打高采樣精度、寬頻帶處理與靈活功耗控制,集成可編程濾波器、多模式配置接口及診斷功能,適用于測(cè)試測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療等高精度多通道數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景。

一、核心特性

1. 采樣與信號(hào)性能

  • 數(shù)據(jù)率與濾波器 :支持兩種核心濾波模式,寬帶濾波器(最高 512kSPS,線性相位、106dB 阻帶衰減)適配交流信號(hào),低延遲濾波器(最高 1365.3kSPS,3.9μs 轉(zhuǎn)換延遲)適配直流信號(hào);提供 4 檔功率可縮放速度模式,功耗隨數(shù)據(jù)率降低顯著減少(如低速模式單通道功耗低至 3mW)。
  • 精度指標(biāo) :200kSPS 時(shí)信噪比(SNR)典型值 97.7dB,總諧波失真(THD)低至 - 115dBc,積分非線性(INL)±1LSB,失調(diào)漂移 60nV/℃,增益漂移 1ppm/℃,寬溫范圍(-40℃至 125℃)內(nèi)性能穩(wěn)定。
  • 輸入配置 :支持 ±VREF 或 ±2VREF 差分輸入范圍,集成輸入預(yù)充電緩沖器,可降低輸入電流(緩沖開啟時(shí)典型 ±0.4μA)與采樣噪聲;兼容單極性 / 雙極性供電,VCM 引腳提供(AVDD1+AVSS)/2 共模電壓,用于外部放大器電平匹配。

2. 集成功能與接口

  • 可編程模塊 :過采樣比(OSR)可配置(32-4096),調(diào)節(jié)信號(hào)帶寬與噪聲;支持 sinc4、sinc4+sinc1 等 4 種低延遲濾波器拓?fù)洌?0/60Hz 工頻噪聲抑制比(NMRR)達(dá) 100dB。
  • 配置與控制 :支持硬件引腳配置(MODE 引腳選擇,無需 SPI)或 SPI 編程(16 位命令幀,可選 CRC 校驗(yàn));START 引腳實(shí)現(xiàn)多通道同步采樣,RESET 引腳支持手動(dòng)復(fù)位,8 個(gè) GPIO 引腳可復(fù)用為數(shù)據(jù)接口或控制信號(hào)。
  • 診斷與可靠性 :集成 CRC 校驗(yàn)(SPI 接口與寄存器映射)、調(diào)制器飽和檢測(cè)(MOD_FLAG)、電源電壓監(jiān)控(ALV_FLAG/POR_FLAG);ERROR 引腳實(shí)時(shí)指示故障,支持通道獨(dú)立掉電(CHn_PWDN)與待機(jī)模式,降低閑置功耗。

3. 電源與時(shí)鐘

  • 電源需求 :需多組獨(dú)立電源,模擬電源 AVDD1(2.85-5.5V)、AVDD2(1.74-5.5V),數(shù)字電源 IOVDD(1.65-1.95V),負(fù)電源 AVSS(可接地或負(fù)壓,如 - 2.5V 實(shí)現(xiàn)雙極性輸入);關(guān)鍵引腳需并聯(lián) X7R 陶瓷電容濾波(如 CAPA 引腳 10μF、REFP 引腳 2.2μF)。
  • 時(shí)鐘選項(xiàng) :支持內(nèi)部振蕩器(25.6MHz,僅推薦直流測(cè)量)或外部時(shí)鐘(0.5-33.66MHz),時(shí)鐘分頻器(1/2/3/4/8 倍)可調(diào)整 ADC 核心時(shí)鐘;外部時(shí)鐘需低抖動(dòng)(如 100kHz 信號(hào)允許≤50ps RMS 抖動(dòng)),避免 SNR 性能退化。

二、適用場(chǎng)景

憑借多通道同步采樣、高抗干擾能力及寬溫特性,兩款芯片主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域:

  • 測(cè)試測(cè)量 :數(shù)據(jù)采集(DAQ)、振動(dòng)分析儀、聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備,利用同步采樣與高 SNR 實(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)精準(zhǔn)捕獲。
  • 工業(yè)自動(dòng)化 :設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、電機(jī)控制,通過低延遲濾波與高共模抑制比(CMRR 達(dá) 115dB),抗工業(yè)環(huán)境干擾。
  • 醫(yī)療與航空航天 :腦電圖(EEG)、聲吶系統(tǒng),依托寬溫工作范圍(-40℃至 125℃)與低失真特性,適配高精度生物信號(hào)或惡劣環(huán)境采集。
  • 電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施 :電能質(zhì)量分析儀,支持 50/60Hz 工頻噪聲抑制,準(zhǔn)確測(cè)量電壓、電流諧波與功率參數(shù)。

三、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源與信號(hào)布線

  • 電源布局 :模擬地(AGND)與數(shù)字地(DGND)單點(diǎn)連接,避免地環(huán)路;AVDD1/AVDD2/IOVDD 需獨(dú)立電源平面,關(guān)鍵電源引腳(如 AVDD1、CAPA)的濾波電容緊貼引腳放置,減少寄生電感。
  • 信號(hào)處理 :模擬輸入(AINP/AINN)、參考電壓(REFP/REFN)需差分走線(阻抗 100Ω,長(zhǎng)度匹配誤差≤5mil),與數(shù)字信號(hào)(SPI、Frame-Sync)間距≥2mm,降低串?dāng)_;時(shí)鐘信號(hào)(CLKIN)需串聯(lián)匹配電阻(如 10Ω),減少 ringing 干擾。

2. 抗混疊濾波

  • 輸入需外接低通濾波器(如 4 階 RC),抑制調(diào)制器采樣頻率(fMOD)附近的帶外信號(hào),避免混疊。例如高 - speed 模式(fMOD=12.8MHz)下,需 90dB 衰減以確保信號(hào)純凈,推薦使用 THS4551 全差分放大器搭建濾波電路。

3. 熱設(shè)計(jì)

  • 采用 7mm×7mm 56 引腳 VQFN 封裝(RSH),結(jié)到環(huán)境熱阻(RθJA)23.5℃/W;散熱焊盤需通過至少 4 個(gè)過孔連接至接地平面,PCB 銅皮面積不小于封裝面積 2 倍,確保高負(fù)載下結(jié)溫(Tj)≤150℃。

四、工作模式與校準(zhǔn)

1. 核心工作模式

  • 同步控制 :START 引腳上升沿觸發(fā)多通道同步,后續(xù)采樣持續(xù)進(jìn)行,支持連續(xù)時(shí)鐘觸發(fā)以維持時(shí)序?qū)R;時(shí)鐘分頻比>1 時(shí),通道間仍同步,但需注意相位不確定性。
  • 啟??刂?/strong> :START 引腳高電平啟動(dòng)采樣,低電平停止(當(dāng)前轉(zhuǎn)換完成后終止),適合單次 / 間歇采樣;停止前需提前 24 個(gè) DACLK 周期置位 STOP 信號(hào),避免數(shù)據(jù)不完整。
  • 掉電與待機(jī) :支持單通道掉電(輸出最后一次采樣值)或全局待機(jī)(模擬部分?jǐn)嚯姡龣C(jī)電流 60μA),重啟時(shí)需等待 300μs 以確保穩(wěn)定。

2. 校準(zhǔn)流程

  • 偏移校準(zhǔn) :短接輸入通道(通過 CHn_MUX 配置),采集數(shù)據(jù)并取平均值,寫入 24 位偏移寄存器(CHn_OFS),抵消零點(diǎn)誤差。
  • 增益校準(zhǔn) :施加已知電壓(如 3.9V,避免超量程),采集數(shù)據(jù)并計(jì)算實(shí)際增益,寫入 24 位增益寄存器(CHn_GAN,歸一化值 400000h 對(duì)應(yīng)增益 1),修正增益誤差。

五、接口與數(shù)據(jù)輸出

1. Frame-Sync 數(shù)據(jù)端口

  • 支持 1/2/4/8 通道時(shí)分復(fù)用(TDM),數(shù)據(jù)格式為 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼(雙極性)或無符號(hào)二進(jìn)制(單極性);可級(jí)聯(lián)多器件(Daisy-Chain),減少數(shù)據(jù) lanes,級(jí)聯(lián)時(shí)需確保所有器件時(shí)鐘分頻比為 1。
  • 數(shù)據(jù)包含可選 STATUS_DP 頭字節(jié)(通道 ID、調(diào)制器飽和狀態(tài)等)與 CRC 字節(jié),提升數(shù)據(jù)完整性;DCLK 頻率需滿足傳輸需求,例如 8 通道 ADS117L18(200kSPS、4 lane、32 位包)需 DCLK≥12.8MHz。

2. SPI 配置接口

  • 兼容 SPI 模式 1(CPOL=0,CPHA=1),支持寄存器讀寫與軟件復(fù)位;可選 SPI CRC(基于 CRC-8-ATM 多項(xiàng)式)與寄存器映射 CRC(基于 CRC-16-IBM 多項(xiàng)式),檢測(cè)傳輸與寄存器篡改錯(cuò)誤。

六、訂單與封裝信息

型號(hào)通道數(shù)封裝溫度范圍包裝方式RoHS 合規(guī)
ADS117L14IRSHR456 引腳 VQFN-40℃至 125℃2500 片卷帶(LARGE T&R)
ADS117L18IRSHR856 引腳 VQFN-40℃至 125℃2500 片卷帶(LARGE T&R)

兩款芯片引腳兼容 24 位分辨率的 ADS127L14/ADS127L18,可無縫替換以提升分辨率,無需修改 PCB 布局。

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