The ADS131E0x 是多通道、同步采樣、24 位、Δ-Σ （ΔΣ）、模數(shù)系列 具有內(nèi)置可編程增益放大器 （PGA）、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和 板載振蕩器。ADC寬動(dòng)態(tài)范圍、可擴(kuò)展數(shù)據(jù)速率和內(nèi)部故障檢測(cè) 顯示器使 ADS131E0x 在工業(yè)電源監(jiān)控和保護(hù)以及工業(yè)電源監(jiān)控和保護(hù)方面具有吸引力 測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用。真正的高阻抗輸入使 ADS131E0x 能夠直接 與電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或電壓互感器接口以測(cè)量線路電壓，或 電流互感器或羅氏線圈測(cè)量線路電流。具有高集成度和 ADS131E0x 系列具有卓越的性能，可創(chuàng)建可擴(kuò)展的工業(yè)電源 系統(tǒng)尺寸、功耗和總體成本顯著減小。
*附件：ads131e04.pdf

ADS131E0x 每個(gè)通道都有一個(gè)靈活的輸入多路復(fù)用器，可以獨(dú)立 連接到內(nèi)部生成的信號(hào)，用于測(cè)試、溫度和故障檢測(cè)。故障 檢測(cè)可以在設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，使用集成的比較器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 控制的觸發(fā)電平。ADS131E0x 可以在數(shù)據(jù)下工作 速率高達(dá) 64 kSPS。

這些完整的模擬前端 （AFE） 解決方案采用 TQFP-64 封裝，具有以下特點(diǎn)： 額定工作溫度范圍為–40°C至+105°C。

特性

• 8個(gè)差分ADC輸入
• 杰出表現(xiàn)：
  • 動(dòng)態(tài)范圍：1 kSPS 時(shí)為 118 dB
  • 串?dāng)_：–110 dB
  • 總諧波擾：90 Hz 和 50 Hz 時(shí)為 –60 dB
• 模擬電源范圍選項(xiàng)：
  • 3 V 至 5 V（單極性）
  • ±2.5 V（雙極性，允許直流耦合）
• 數(shù)字：1.8 V 至 3.6 V
• 低功耗：每通道 2 mW
• 數(shù)據(jù)速率：1、2、4、8、16、32 和 64 kSPS
• 可編程增益：1、2、4、8 和 12
• 故障檢測(cè)和設(shè)備測(cè)試能力
• SPI? 數(shù)據(jù)接口和四個(gè) GPIO
• 封裝：TQFP-64 （PAG）
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +105°C

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

ADS131E0x 是德州儀器（TI）推出的低功耗、高集成度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）系列，包含 4 通道（ADS131E04）、6 通道（ADS131E06）和 8 通道（ADS131E08）三款型號(hào)，核心優(yōu)勢(shì)為同步采樣、寬動(dòng)態(tài)范圍與工業(yè)級(jí)可靠性，專(zhuān)為電力保護(hù)（斷路器、繼電器）、電能計(jì)量（單相 / 多相電表）、電池測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試測(cè)量設(shè)備設(shè)計(jì)。器件采用 24 位 ΔΣ 架構(gòu)，集成可編程增益放大器（PGA）、內(nèi)部基準(zhǔn)源與振蕩器，文檔版本為 SBAS561C，發(fā)布于 2012 年 6 月，2017 年 1 月修訂，采用 64 引腳 TQFP 封裝，工作溫度范圍 - 40°C 至 105°C。

二、核心參數(shù)與性能特性

1. 基礎(chǔ)規(guī)格

• ADC 性能 ：24 位分辨率（32/64 kSPS 時(shí)為 16 位），INL±10 ppm；輸入失調(diào)誤差 350 μV，失調(diào)漂移 0.65 μV/°C；增益誤差 ±0.1% FS，增益漂移 3 ppm/°C；通道間增益匹配 0.2% FS。
• 動(dòng)態(tài)性能 ：1 kSPS 時(shí)動(dòng)態(tài)范圍 118 dB，SNR 達(dá) 107 dB，THD-93 dB，CMRR-110 dB（50/60 Hz），串?dāng)_ - 110 dB；采樣率范圍 1 kSPS-64 kSPS，支持 5 檔可編程增益（1/2/4/8/12）。
• 接口特性 ：SPI 兼容串行接口（支持菊花鏈級(jí)聯(lián)），4 個(gè) GPIO 引腳；DRDY 信號(hào)指示數(shù)據(jù)就緒，支持連續(xù) / 單次轉(zhuǎn)換模式；模擬輸入阻抗 200 MΩ，輸入偏置電流 5 nA，內(nèi)置 EMI 濾波器（-3 dB 帶寬 3 MHz）。

2. 供電與功耗

• 供電范圍 ：模擬電源（AVDD）2.7 V-5.25 V，數(shù)字電源（DVDD）1.7 V-3.6 V，支持單極性（3 V/5 V）或雙極性（±1.5 V 至 ±2.5 V）供電。
• 功耗表現(xiàn) ：?jiǎn)瓮ǖ拦膬H 2 mW，ADS131E04（4 通道）正常模式功耗 9.3 mW，ADS131E06（6 通道）12.7 mW，ADS131E08（8 通道）16 mW；待機(jī)模式功耗 2 mW，斷電模式低至 10 μW，適配工業(yè)低功耗場(chǎng)景。

3. 封裝與環(huán)境適應(yīng)性

• 封裝類(lèi)型 ：64 引腳 TQFP（PAG）封裝，結(jié)到環(huán)境熱阻 35 °C/W，結(jié)到殼（頂部）熱阻 31 °C/W，封裝尺寸 10mm×10mm，適合高密度 PCB 布局。
• 可靠性 ：ESD 防護(hù)（HBM 1000 V、CDM 500 V），存儲(chǔ)溫度范圍 - 60°C 至 150°C，最大結(jié)溫 150°C，滿足工業(yè)設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求。

4. 關(guān)鍵功能特性

• 工業(yè)專(zhuān)用功能 ：支持多通道同步采樣，集成故障檢測(cè)功能（比較器 + DAC 閾值控制），可監(jiān)測(cè)輸入超量程狀態(tài)；內(nèi)置溫度傳感器（490 μV/°C）、電源監(jiān)測(cè)模塊，適配電力系統(tǒng)多參數(shù)同步測(cè)量。
• 系統(tǒng)集成特性 ：內(nèi)置低噪聲參考源（2.4 V/4 V 可選，精度 ±0.2%，漂移 20 ppm/°C）、2.048 MHz 振蕩器（精度 ±2.5%）；支持多器件同步（START 引腳）與菊花鏈級(jí)聯(lián)，可擴(kuò)展通道數(shù)量。

三、工作模式與功能原理

1. 核心架構(gòu)

采用 “模擬輸入→EMI 濾波器→輸入多路選擇器→低噪聲 PGA→ΔΣ 調(diào)制器→數(shù)字抽取濾波器→SPI 輸出” 架構(gòu)，所有通道同步采樣；集成故障檢測(cè) comparator、內(nèi)部測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，支持電源、溫度等內(nèi)部信號(hào)監(jiān)測(cè)，適配工業(yè)復(fù)雜場(chǎng)景。

2. 主要工作模式

3. 關(guān)鍵功能細(xì)節(jié)

• 模式控制 ：通過(guò) CONFIG1 寄存器選擇采樣率與分辨率，START 引腳或命令觸發(fā)轉(zhuǎn)換；故障檢測(cè)通過(guò) FAULT 寄存器配置閾值，F(xiàn)AULT_STATP/FAULT_STATN 寄存器反饋各通道狀態(tài)。
• 同步采樣 ：所有通道共享同一時(shí)鐘與采樣控制，確保多通道信號(hào)時(shí)間對(duì)齊，滿足電力系統(tǒng)電壓 / 電流相位同步測(cè)量需求。
• 校準(zhǔn)與測(cè)試 ：支持通道偏移校準(zhǔn)（OFFSETCAL 命令），內(nèi)置自測(cè)試信號(hào)（幅度 ±1/±2 mV，頻率可編程），可監(jiān)測(cè)電源、溫度等內(nèi)部信號(hào)。

四、應(yīng)用場(chǎng)景與設(shè)計(jì)建議

1. 典型應(yīng)用領(lǐng)域

• 斷路器 / 繼電器保護(hù)系統(tǒng)、單相 / 多相電能計(jì)量表、電池測(cè)試設(shè)備、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電力質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器。

2. 設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)

• 電源設(shè)計(jì) ：模擬與數(shù)字電源獨(dú)立布線，每個(gè) AVDD/DVDD 引腳就近并聯(lián) 0.1 μF 陶瓷電容與 1 μF 鉭電容；VCAP1 引腳需并聯(lián) 22 μF 電容，確保內(nèi)部基準(zhǔn)源穩(wěn)定。
• 輸入與接地 ：模擬輸入采用差分連接，串聯(lián) RC 低通濾波器（推薦 C0G/NPO 電容）；PCB 采用單點(diǎn)接地，模擬地與數(shù)字地在 ADC 處單點(diǎn)連接，減少地環(huán)路干擾。
• 布線與防護(hù) ：模擬信號(hào)線遠(yuǎn)離數(shù)字信號(hào)線，避免工頻噪聲耦合；閑置模擬通道應(yīng)斷電并連接至 AVDD，閑置數(shù)字引腳通過(guò) 10 kΩ 電阻拉至 DGND；電流 / 電壓采樣需配合 burden 電阻或分壓網(wǎng)絡(luò)，確保輸入在 ADC 量程內(nèi)。
• 配置優(yōu)化 ：電力計(jì)量場(chǎng)景選擇 16 kSPS 采樣率 + 增益 4，平衡精度與響應(yīng)速度；多通道系統(tǒng)采用菊花鏈級(jí)聯(lián)，減少 SPI 接口引腳數(shù)量；啟用內(nèi)部基準(zhǔn)源（2.4 V/4 V 可選），降低系統(tǒng)復(fù)雜度。