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。
*附件：ads131a04.pdf

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。可以在接口上啟用多個(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。

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 系列（含 2 通道 ADS131A02 與 4 通道 ADS131A04）是德州儀器推出的 24 位 ΔΣ 型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），支持同步采樣，最高采樣速率 128 kSPS，采用 32 引腳 TQFP 封裝（5.0 mm×5.0 mm），工作溫度范圍–40°C 至 + 125°C，兼具高精度、靈活供電與多重?cái)?shù)據(jù)完整性保護(hù)特性，專為電能計(jì)量、斷路器、電池測(cè)試設(shè)備、電池管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工業(yè)與能源監(jiān)測(cè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。

一、核心特性與關(guān)鍵參數(shù)

1. 基礎(chǔ)性能

• 通道與采樣：2/4 個(gè)差分輸入通道，同步采樣無相位偏差；24 位分辨率，采樣速率 1 kSPS 至 128 kSPS 可調(diào)，支持 1/2/4/8/16 倍數(shù)字增益配置，適配不同幅值信號(hào)采集。
• 精度與動(dòng)態(tài)性能：動(dòng)態(tài)范圍最高 115 dB（AVDD–AVSS=5 V 時(shí)），THD 低至–100 dB（50 Hz/60 Hz），積分非線性（INL）最大 20 ppm；直流漂移優(yōu)異，失調(diào)漂移典型值 2.5 μV/°C，增益漂移典型值 0.5 ppm/°C，共模抑制比（CMRR）100 dB（50 Hz/60 Hz），電源抑制比（PSRR）80 dB-105 dB，抗干擾能力強(qiáng)。
• 噪聲特性：8 kSPS 時(shí)有效分辨率 20.6 bits，輸入?yún)⒖荚肼暤椭?1.66 μVrms（4 V 參考電壓），通過調(diào)整過采樣率（OSR 32-4096）可靈活平衡噪聲與采樣速率。

2. 核心功能

• 靈活供電與輸入：支持單極性（3.3 V-5.5 V）、雙極性（±2.5 V）供電，集成負(fù)壓電荷泵，可接收低于地電位的輸入信號(hào)（最低–1.5 V）；輸入阻抗 130 kΩ（fMOD=4.096 MHz），兼容電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電流互感器（CT）、羅氏線圈等直接輸入。
• 時(shí)鐘與濾波：內(nèi)置 3 階 sinc 數(shù)字濾波器，過采樣率（OSR）可編程，濾除帶外噪聲；支持外部時(shí)鐘輸入或晶體振蕩（推薦 16.384 MHz 晶體），時(shí)鐘分頻可配置，適配不同系統(tǒng)時(shí)序需求。
• 數(shù)據(jù)完整性保護(hù)：集成漢明碼糾錯(cuò)（單比特糾錯(cuò)、多比特檢錯(cuò)）與 CRC-16 校驗(yàn)功能，支持固定 / 動(dòng)態(tài)幀格式，搭配看門狗定時(shí)器，降低數(shù)據(jù)傳輸與設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：高分辨率模式下，ADS131A02 典型功耗 12.5 mW，ADS131A04 典型功耗 15.8 mW；低功耗模式功耗可低至 4.6 mW（ADS131A02），支持待機(jī)模式進(jìn)一步降低功耗。
• 工作條件：ESD 防護(hù) ±1000 V（人體模型）、±500 V（器件充電模型）；結(jié)溫最高 150°C，結(jié)到環(huán)境熱阻 77.5 °C/W，適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境。
• 基準(zhǔn)與校準(zhǔn)：內(nèi)置低漂移電壓基準(zhǔn)（6 ppm/°C），支持 2.442 V/4.0 V 兩種輸出，也可外接參考源；具備輸入超量程檢測(cè)功能，閾值可編程。

二、核心功能解析

1. 采樣與濾波

• 同步采樣：多通道同時(shí)采樣，無時(shí)間偏差，確保功率計(jì)算等場(chǎng)景中電壓與電流信號(hào)的相位一致性。
• 數(shù)字濾波：3 階 sinc 濾波器通過過采樣率（OSR）調(diào)整噪聲抑制效果，OSR 越高噪聲越低但采樣速率越低，例如 OSR=4096 時(shí)采樣率 1 kSPS，噪聲最優(yōu)；OSR=32 時(shí)采樣率 128 kSPS，響應(yīng)速度最快。

2. 供電與輸入擴(kuò)展

• 供電配置：?jiǎn)螛O性供電時(shí)可啟用負(fù)壓電荷泵，實(shí)現(xiàn)低于地電位的信號(hào)采集；雙極性供電時(shí)直接支持寬范圍差分輸入，無需額外電平轉(zhuǎn)換。
• 輸入保護(hù)：內(nèi)置 ESD 防護(hù)電路，輸入電壓范圍兼容 AVSS–1.65 V 至 AVDD+0.3 V（電荷泵啟用時(shí)），可直接連接傳感器或信號(hào)調(diào)理電路，簡(jiǎn)化前端設(shè)計(jì)。

3. 接口與數(shù)據(jù)完整性

• SPI 接口靈活配置：支持異步中斷、同步主機(jī) / 從機(jī)三種 SPI 模式，可通過 M0/M1/M2 引腳硬件配置接口模式、數(shù)據(jù)位寬（16/24/32 位）及漢明碼使能，支持多器件級(jí)聯(lián)擴(kuò)展通道數(shù)。
• 多重保護(hù)機(jī)制：漢明碼糾正單比特傳輸錯(cuò)誤，CRC-16 校驗(yàn)檢測(cè)多比特錯(cuò)誤；看門狗定時(shí)器防止設(shè)備無響應(yīng)，狀態(tài)寄存器實(shí)時(shí)反饋命令錯(cuò)誤、SPI 故障、超量程等異常。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

適用于商業(yè) / 住宅電能表、斷路器保護(hù)、電池充放電測(cè)試、電池管理系統(tǒng)（BMS）、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等對(duì)同步采樣、高精度與抗干擾能力有嚴(yán)格要求的場(chǎng)景，尤其適配需要同時(shí)測(cè)量電壓與電流的功率計(jì)算應(yīng)用。

四、封裝與訂購(gòu)信息

• 封裝規(guī)格：32 引腳 TQFP（PBS 封裝），引腳間距 0.5 mm，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，引腳鍍層為 NIPDAU，MSL 等級(jí) 2（260°C 峰值回流，1 年濕敏等級(jí)）。
• 訂購(gòu)型號(hào)：量產(chǎn)型號(hào)包括 ADS131A02IPBS（2 通道，250 個(gè) / 托盤）、ADS131A04IPBSR（4 通道，1000 個(gè) / 卷帶）等，提供托盤與卷帶兩種包裝方式，適配不同生產(chǎn)需求。

五、設(shè)計(jì)與使用建議

1. 電源與基準(zhǔn)

• 供電設(shè)計(jì)：模擬電源（AVDD/AVSS）與數(shù)字電源（IOVDD/GND）需獨(dú)立供電，就近配置 1 μF 去耦電容；啟用電荷泵時(shí)，VNCP 引腳需外接 270 nF 電容至 AVSS，確保負(fù)壓穩(wěn)定。
• 基準(zhǔn)配置：優(yōu)先使用內(nèi)置基準(zhǔn)（2.442 V/4.0 V），外接基準(zhǔn)時(shí)需在 REFEXT 引腳并聯(lián)低噪聲電容（推薦 1 μF+0.1 μF），限制基準(zhǔn)帶寬低于 10 Hz 以降低噪聲。

2. 輸入與濾波

• 輸入配置：支持偽差分與全差分輸入， unused 模擬通道直接接 AVSS；輸入信號(hào)需控制在額定范圍，超壓場(chǎng)景可添加外部鉗位二極管或限流電阻。
• 抗混疊濾波：前端建議添加 RC 抗混疊濾波器（推薦截止頻率 295 kHz），避免高頻信號(hào)混疊，確保采樣精度。

3. 接口與同步

• 多器件擴(kuò)展：通過 DONE 引腳級(jí)聯(lián)多片設(shè)備，主設(shè)備可配置為異步中斷或同步主機(jī)模式，從設(shè)備均配置為同步從機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)多通道同步采樣。
• 數(shù)據(jù)傳輸：?jiǎn)⒂?CRC 與漢明碼功能提升數(shù)據(jù)可靠性；SPI 通信需遵循 CPOL=0、CPHA=1 模式，確保時(shí)序匹配。

4. 布局規(guī)范

• 分區(qū)布局：模擬電路、數(shù)字電路與電源電路分區(qū)布線，采用單接地平面，避免地環(huán)路；模擬信號(hào)走線遠(yuǎn)離時(shí)鐘等高速數(shù)字信號(hào)，減少耦合干擾。
• 器件放置：去耦電容、基準(zhǔn)電容緊鄰對(duì)應(yīng)引腳，晶體振蕩器與 ADC 時(shí)鐘引腳近距離連接，縮短走線長(zhǎng)度，降低時(shí)鐘抖動(dòng)。

六、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 寄存器配置：通過 SPI 命令配置時(shí)鐘分頻、過采樣率、增益與電荷泵使能，上電后需發(fā)送 UNLOCK 命令解鎖接口，配置完成后可鎖定寄存器防止誤操作。
• 校準(zhǔn)與初始化：建議上電后等待基準(zhǔn)穩(wěn)定（約 1.2 ms），必要時(shí)執(zhí)行偏移與增益校準(zhǔn)；同步多器件時(shí)，通過 DRDY 信號(hào)同步采樣時(shí)序，確保通道一致性。
• 功耗優(yōu)化：閑置時(shí)可進(jìn)入待機(jī)模式，關(guān)閉未使用通道，低速率場(chǎng)景選用高 OSR 配置，平衡精度與功耗。