在電子工程師的設(shè)計(jì)工具箱中，一款性能出色的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的ADS1222，一款24位、2通道的Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器，看看它在設(shè)計(jì)中能為我們帶來哪些優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

ADS1222采用TSSOP - 14封裝，在小尺寸的同時(shí)提供了出色的性能和低功耗特性，非常適合對(duì)空間和功耗有嚴(yán)格要求的便攜式系統(tǒng)和其他應(yīng)用。它由Delta - Sigma調(diào)制器和數(shù)字濾波器構(gòu)成，模擬調(diào)制器具有±5V的差分輸入范圍，輸入多路復(fù)用器（MUX）可在兩個(gè)差分輸入通道之間進(jìn)行選擇，還可以選擇輸入緩沖器來增加測(cè)量的輸入阻抗。簡(jiǎn)單的2線串行接口提供了必要的控制功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)檢索、自校準(zhǔn)和待機(jī)模式。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）高性能指標(biāo)

1. 分辨率與數(shù)據(jù)速率：ADS1222具有24位分辨率，在4MHz時(shí)鐘下數(shù)據(jù)速率可達(dá)240SPS，有效分辨率為20位，能滿足大多數(shù)高精度測(cè)量的需求。數(shù)據(jù)速率與時(shí)鐘頻率直接相關(guān)，例如在2MHz時(shí)鐘下數(shù)據(jù)速率為120SPS，當(dāng)提高時(shí)鐘頻率時(shí)，數(shù)據(jù)速率也會(huì)相應(yīng)增加。
2. 線性度與誤差：積分非線性（INL）典型值為0.0003%，最大值為0.0015%，具有出色的線性度。同時(shí)，它還具有較低的偏移誤差和增益誤差，并且在不同條件下（如緩沖器開啟或關(guān)閉）都能保持良好的性能。例如，緩沖器關(guān)閉時(shí)偏移誤差典型值為50μV，增益誤差典型值為0.004%。
3. 共模抑制與電源抑制：在直流條件下，緩沖器關(guān)閉時(shí)共模抑制比（CMRR）可達(dá)95dB，緩沖器開啟時(shí)為90 - 100dB；電源抑制比（PSRR）在緩沖器關(guān)閉和開啟時(shí)，在2.7V - 5.5V電源電壓范圍內(nèi)都能達(dá)到90dB，有效抑制了共模信號(hào)和電源波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

（二）低功耗設(shè)計(jì)

ADS1222的低功耗特性使其在便攜式設(shè)備中表現(xiàn)出色。正常模式下，當(dāng)VDD = 5V且緩沖器關(guān)閉時(shí)，電流消耗為300μA；當(dāng)進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)，功耗可大幅降低，通常小于1μW（時(shí)鐘停止時(shí)）。在只需要單次轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中，可以在測(cè)量間隙將其快速關(guān)閉到待機(jī)模式，從而顯著降低整體功耗。

（三）豐富的功能特性

1. 輸入緩沖器：通過BUFEN引腳可以選擇是否啟用輸入緩沖器。啟用緩沖器后，輸入阻抗可大幅提高，達(dá)到1.2GΩ（2MHz時(shí)鐘），有效減少了對(duì)輸入信號(hào)源的負(fù)載影響。但在待機(jī)模式下，必須禁用緩沖器以防止輸入負(fù)載。
2. 溫度傳感器：芯片內(nèi)置溫度傳感器，通過設(shè)置TEMPEN引腳為高電平，可將模擬輸入連接到芯片內(nèi)部的二極管，通過測(cè)量二極管電壓差來推斷溫度變化。在25°C時(shí)，二極管電壓差典型值為106mV，溫度系數(shù)為360μV/°C。
3. 自校準(zhǔn)功能：可以在任何時(shí)候啟動(dòng)自校準(zhǔn)，通常在許多應(yīng)用中，上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行的自校準(zhǔn)就足以滿足需求。啟動(dòng)自校準(zhǔn)時(shí)，在檢索24位數(shù)據(jù)后施加至少兩個(gè)額外的SCLK脈沖即可。校準(zhǔn)完成后，DRDY/DOUT引腳變低，表示新數(shù)據(jù)就緒。

三、引腳功能與應(yīng)用

（一）引腳功能

（二）應(yīng)用場(chǎng)景

1. 手持儀器：由于其低功耗和高精度的特點(diǎn)，ADS1222非常適合用于手持儀器，如便攜式萬用表、數(shù)據(jù)采集儀等，能夠在有限的電池供電條件下提供準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
2. 便攜式醫(yī)療設(shè)備：在醫(yī)療設(shè)備中，對(duì)測(cè)量精度和功耗有較高要求。ADS1222可以用于測(cè)量生物電信號(hào)、生理參數(shù)等，為醫(yī)療診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
3. 工業(yè)過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)中，需要對(duì)各種物理量進(jìn)行精確測(cè)量和控制。ADS1222可以用于監(jiān)測(cè)溫度、壓力、流量等參數(shù)，確保工業(yè)過程的穩(wěn)定運(yùn)行。
4. 電子秤：電子秤需要高精度的重量測(cè)量，ADS1222的高分辨率和低誤差特性使其成為電子秤設(shè)計(jì)的理想選擇。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）電路設(shè)計(jì)

1. 電源旁路：使用好的電源旁路電容技術(shù)，將小值陶瓷電容與大值鉭電容并聯(lián)，并將電容盡可能靠近電源引腳放置，以減少電源噪聲對(duì)芯片的影響。
2. 參考電壓：參考電壓的質(zhì)量直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性。建議使用低噪聲、低漂移的參考源，如REF1004，并在VREFP和VREFN之間使用0.1μF的旁路電容，且電容應(yīng)盡量靠近引腳。
3. 數(shù)字輸入：為避免數(shù)字輸入信號(hào)的振鈴現(xiàn)象，可以在數(shù)字引腳串聯(lián)一個(gè)小電阻（約100Ω），并將電阻放置在信號(hào)源端，以控制走線阻抗。

（二）PCB設(shè)計(jì)

1. 接地設(shè)計(jì)：使用接地平面，并將ADS1222的GND引腳和旁路電容直接連接到接地平面，以減少接地噪聲。
2. 走線布局：參考和模擬輸入是最關(guān)鍵的電路，應(yīng)盡量縮短輸入引腳的走線長(zhǎng)度，并注意走線的布局，避免干擾。同時(shí)，輸入電容應(yīng)使用高質(zhì)量的介質(zhì)，并盡可能靠近輸入引腳放置。

（三）操作注意事項(xiàng)

1. ESD保護(hù)：由于集成電路容易受到靜電放電（ESD）的損壞，在操作過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，如佩戴防靜電手環(huán)、使用防靜電工作臺(tái)等。
2. 自校準(zhǔn)操作：在電源和參考電壓穩(wěn)定后，應(yīng)發(fā)出自校準(zhǔn)命令，以最小化偏移和增益誤差。

五、總結(jié)

ADS1222作為一款高性能、低功耗的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。其豐富的功能特性和出色的性能指標(biāo)為電子工程師提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。在設(shè)計(jì)過程中，只要我們充分了解其特性，并注意電路和PCB設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，就能夠充分發(fā)揮ADS1222的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。