ADS1118是一款高精度、低功耗、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），具備測量最常見傳感器信號所需的所有功能，采用超小型無引線X2QFN-10封裝或VSSOP-10封裝。該ADS1118集成了可編程增益放大器（PGA）、電壓參考、振蕩器和高精度溫度傳感器。這些特性，加上從2伏到5.5伏的寬電源范圍，使ADS1118非常適合功率和空間受限的傳感器測量應(yīng)用。
*附件：ads1118.pdf

該ADS1118可執(zhí)行最高860采樣率/秒（SPS）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。PGA提供從±256 mV到±6.144 V的輸入范圍，允許以高分辨率測量大信號和小信號。輸入復(fù)用器（MUX）可測量兩個差分輸入或四個單端輸入。高精度溫度傳感器可用于系統(tǒng)級溫度監(jiān)測或熱電偶的冷結(jié)補償。

ADS1118可連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，或單次切換模式，轉(zhuǎn)換后自動斷電。單次切換模式顯著減少空閑期間的電流消耗。數(shù)據(jù)通過串行外設(shè)接口（SPI?）傳輸。ADS1118規(guī)格范圍為–40°C至+125°C。

特性

• 超小 X2QFN 封裝：
  2 毫米 × 1.5 毫米 × 0.4 毫米
• 寬電源范圍：2 V 至 5.5 V
• 低電流消耗：
  • 連續(xù)模式：僅150 μA
  • 單發(fā)模式：自動關(guān)機
• 可編程數(shù)據(jù)速率：
  8 SPS 至 860 SPS
• 單周期沉降
• 內(nèi)部低漂移電壓參考
• 內(nèi)部溫度傳感器：
  0.5°C（最大） 誤差：0°C 至 70°C
• 內(nèi)部振蕩器
• 內(nèi)部PGA
• 四個單端或兩個差分輸入

參數(shù)

方框圖

ADS1118 是德州儀器（TI）推出的高集成度 16 位 ΔΣ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成可編程增益放大器（PGA）、內(nèi)部基準(zhǔn)源、振蕩器與高精度溫度傳感器，采用 SPI 接口通信，支持 2V-5.5V 寬供電電壓，適用于溫度測量（熱電偶、熱敏電阻）、便攜式儀器、工業(yè)控制等低功耗、小尺寸約束的傳感器信號采集場景。

一、芯片基礎(chǔ)信息與核心特性

1. 基礎(chǔ)規(guī)格

• 型號與文檔信息 ：文檔編號 SBAS457F，2010 年 10 月發(fā)布、2019 年 9 月修訂；支持兩種封裝（10 引腳 1.5mm×2.0mm X2QFN、10 引腳 3.0mm×3.0mm VSSOP），均為無鉛環(huán)保封裝，MSL 等級 1（X2QFN）/2（VSSOP），峰值回流焊溫度 260°C。
• 供電與溫度 ：供電電壓 2V-5.5V，絕對最大電壓 7V；工作溫度 - 40°C 至 125°C，結(jié)溫最高 150°C；X2QFN 封裝結(jié)到環(huán)境熱阻 245.2°C/W，VSSOP 封裝 186.8°C/W，ESD 防護等級 HBM±4000V、CDM±1000V，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。
• 引腳配置 ：核心引腳包括模擬輸入（AIN0-AIN3）、SPI 通信引腳（SCLK/CS/DIN/DOUT/DRDY）、供電（VDD）及地（GND）；DOUT/DRDY 引腳復(fù)用數(shù)據(jù)輸出與數(shù)據(jù)就緒功能，低電平有效。

2. 核心性能指標(biāo)

• ADC 性能 ：16 位分辨率，無失碼；采樣率 8SPS-860SPS 可調(diào)；PGA 支持 ±256mV 至 ±6.144V 共 6 檔滿量程范圍（FSR），LSB 最小 7.8125μV（±256mV 量程）；積分非線性（INL）±1LSB，增益誤差最大 0.15%，失調(diào)誤差最大 ±2LSB。
• 溫度傳感器 ：測量范圍 - 40°C 至 125°C，分辨率 0.03125°C/LSB；0°C-70°C 范圍內(nèi)精度 ±0.5°C，全溫范圍 ±1°C，支持冷端補償功能。
• 功耗與噪聲 ：連續(xù)模式功耗典型 150μA（3.3V/8SPS），掉電模式僅 0.5μA；輸入?yún)⒖荚肼暤椭?7.81μVrms（±256mV 量程 / 8SPS），共模抑制比（CMRR）最高 105dB，抗干擾能力強。

二、關(guān)鍵功能與工作原理

1. 核心功能

• 信號采集與放大 ：
  • 支持 4 路單端輸入或 2 路差分輸入，通過輸入多路選擇器（MUX）配置；差分輸入模式可有效抑制共模噪聲，單端輸入模式下負(fù)輸入端內(nèi)部接地。
  • PGA 增益可調(diào)，適配不同幅度傳感器信號，小信號場景（如熱電偶）可選擇高增益檔位提升測量分辨率，大信號場景（如工業(yè)電壓）可選擇低增益檔位避免飽和。
• 工作模式與低功耗 ：
  • 支持連續(xù)轉(zhuǎn)換模式與單次轉(zhuǎn)換模式：連續(xù)模式下持續(xù)采樣并更新結(jié)果，單次模式完成一次轉(zhuǎn)換后自動掉電，顯著降低空閑功耗；支持占空比控制，通過周期性觸發(fā)單次轉(zhuǎn)換進一步優(yōu)化功耗。
  • 啟動默認(rèn)進入掉電狀態(tài)，需通過 SPI 配置啟動轉(zhuǎn)換；采樣率越低，噪聲性能越優(yōu)，功耗也越低（8SPS 時噪聲最低，860SPS 時響應(yīng)最快）。
• 溫度測量與校準(zhǔn) ：
  • 內(nèi)置溫度傳感器可獨立工作，通過配置寄存器啟用溫度模式，測量結(jié)果為 14 位左對齊數(shù)據(jù)，支持二進制補碼格式表示負(fù)溫度。
  • 集成內(nèi)部基準(zhǔn)源（不可外部替代），增益誤差與溫漂已包含基準(zhǔn)源誤差，無需額外校準(zhǔn)；支持通過 SPI 讀取配置寄存器，驗證工作參數(shù)。

2. 工作原理

• 模擬信號經(jīng) AIN0-AIN3 輸入，由 MUX 選擇單端或差分通道后送入 PGA 放大，再通過 ΔΣ 調(diào)制器轉(zhuǎn)換為高速比特流，經(jīng)數(shù)字濾波器濾波與抽取后得到 16 位數(shù)字結(jié)果，存儲于轉(zhuǎn)換寄存器。
• SPI 接口采用模式 1（CPOL=0、CPHA=1）通信，支持 16 位（僅讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果）或 32 位（讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 + 回讀配置寄存器）傳輸；DOUT/DRDY 引腳在轉(zhuǎn)換完成后拉低，提示數(shù)據(jù)就緒，可觸發(fā)控制器讀取。
• 溫度測量模式下，內(nèi)部溫度傳感器的模擬信號經(jīng) ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通過 SPI 輸出，轉(zhuǎn)換公式為：溫度 = 數(shù)字碼 ×0.03125°C（正溫度）或溫度 =-(65536 - 數(shù)字碼)×0.03125°C（負(fù)溫度）。

三、應(yīng)用場景與設(shè)計建議

1. 典型應(yīng)用

• 溫度測量 ：熱電偶冷端補償、熱敏電阻信號采集、環(huán)境溫度監(jiān)測，利用內(nèi)置溫度傳感器簡化外圍電路。
• 工業(yè)控制 ：工廠自動化過程中的模擬信號采集（如壓力、流量傳感器），差分輸入模式抗干擾能力適配工業(yè)環(huán)境。
• 便攜式設(shè)備 ：筆記本電腦、手持儀器的低功耗數(shù)據(jù)采集模塊，單次轉(zhuǎn)換模式 + 掉電設(shè)計延長電池續(xù)航。

2. 設(shè)計注意事項

• 輸入與增益配置 ：
  • 差分輸入時，信號源阻抗需匹配，避免影響線性度；單端輸入時，輸入電壓范圍 0V-VDD，不可超過電源電壓范圍，否則 ESD 二極管可能導(dǎo)通。
  • 根據(jù)傳感器輸出幅度選擇合適 FSR：小信號（如熱電偶輸出 mV 級）選擇 ±256mV 或 ±512mV 量程，大信號（如 0-5V 工業(yè)信號）選擇 ±6.144V 量程，確保信號未飽和且分辨率最優(yōu)。
• SPI 通信與時序 ：
  • CS 引腳低電平有效，未使用時可接地；SCLK 低電平保持超過 28ms 將復(fù)位 SPI 接口，需避免通信中斷。
  • 數(shù)據(jù)就緒后需在 DOUT/DRDY 再次拉高前完成讀取，連續(xù)模式下 DOUT/DRDY 會在下次轉(zhuǎn)換前 8μs 拉高。
• 布局與電源 ：
  • 模擬地與數(shù)字地單點連接，模擬輸入走線遠(yuǎn)離數(shù)字電路與電源紋波源；AIN0-AIN3 引腳未使用時可接 VDD 或懸空，避免懸空引入噪聲。
  • VDD 引腳旁需并聯(lián) 0.1μF 去耦電容，靠近引腳放置；供電電壓需穩(wěn)定，避免紋波影響轉(zhuǎn)換精度，寬電壓場景建議使用 LDO 穩(wěn)壓。
• 抗混疊濾波 ：
  • 模擬輸入需添加 RC 低通濾波器，截止頻率建議設(shè)置為采樣率的 10 倍以內(nèi)，抑制高于奈奎斯特頻率的信號混疊；濾波器電阻值建議小于 1kΩ，避免引入額外失調(diào)誤差。

四、關(guān)鍵配置要點

• 量程與采樣率 ：通過配置寄存器 PGA [2:0] 位選擇 FSR，DR [2:0] 位選擇采樣率；低采樣率（8SPS-64SPS）適合高精度測量，高采樣率（250SPS-860SPS）適合高速響應(yīng)場景。
• 工作模式 ：MODE 位配置連續(xù)模式（0）或單次模式（1）；單次模式需通過 SS 位觸發(fā)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后自動掉電；連續(xù)模式持續(xù)采樣，功耗高于單次模式。
• 通道與溫度模式 ：MUX [2:0] 位配置輸入通道（單端 / 差分）；TS_MODE 位配置 ADC 模式（0）或溫度傳感器模式（1），溫度測量與信號采集可交替進行。