‌ADS131B02-Q1汽车级Δ-Σ ADC技术解析与应用指南

Texas Instruments ADS131B02-Q1双通道Δ-Σ模数转换器 (ADC) 是一款双通道、同步采样、24位、Δ-Σ (Δ-Σ) ADC。该ADC具有宽动态范围、低功耗和缓冲模拟输入，因此非常适合用于汽车电池管理系统 (BMS)。ADC输入可直接连接分流电阻器（用于双向电池电流测量）、电阻分压器网络（用于高压测量）或温度传感器（例如热敏电阻器或模拟输出温度传感器）。

数据手册；*附件：Texas Instruments ADS131B02-Q1 2通道Δ-Σ ADC数据手册.pdf

Texas Instruments ADS131B02-Q1单独ADC通道可以根据传感器输入进行独立配置。低噪声、可编程增益放大器 (PGA) 提供了从1到128的增益，以放大低电平信号。该器件具有全局斩波模式，可在整个温度和时间范围内消除失调漂移。此外，该器件集成了偏移与增益校准寄存器，有助于消除信号链误差。该器件集成了低漂移、1.2V电压基准和精密振荡器，从而可减小印刷电路板 (PCB) 面积。在数据输入、数据输出和寄存器映射上可选的循环冗余校验 (CRC) 可保持通信完整性。

该完整模拟前端 (AFE) 采用20引脚TSSOP封装，可在–40°C至+125°C汽车温度范围内正常工作。

特性

• 符合汽车应用类AEC-Q100标准
  • TA 温度等级1：-40°C至+125°C
• 支持功能安全
  • 来辅助功能安全系统设计的文档
• 两个同步采样差分输入ADC
• 可编程数据速率高达32kSPS
• 可编程增益高达128
• 噪声性能
  • 在1kSPS、增益 = 8时：0.82µVRMS
• 全局斩波模式，可在整个温度和时间范围内消除失调漂移
• 可实现直接传感器连接的高阻抗模拟输入
• 集成的负电荷泵允许输入信号测量值低于接地值
• 通道间串扰：–120dB
• 1.2V低漂移内部基准
• 精密内部振荡器
• 用于通信和寄存器映射的循环冗余校验器 (CRC)
• 2.7V至3.6V模拟和数字电源
• 低功耗：3mW（3.3V AVDD和DVDD时）

功能框图

‌ADS131B02-Q1汽车级Δ-Σ ADC技术解析与应用指南‌

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‌一、核心特性与设计优势‌

1. ‌高精度与可靠性‌
   • ‌24位分辨率‌与‌32 kSPS采样率‌，支持同步采样双通道，满足汽车BMS系统对电流/电压监测的严苛要求。
   • ‌AEC-Q100 Grade 1认证‌（-40°C至+125°C），集成功能安全文档，适用于安全关键型应用。
   • ‌全局斩波模式‌可消除温漂和时漂，典型偏移误差低至±0.4 μV（启用后）。
2. ‌灵活的模拟前端‌
   • ‌PGA增益可编程‌（1至128倍），直接连接传感器（如分流电阻、热电偶），支持差分输入范围±1.2 V（增益=1时）。
   • ‌负电荷泵‌允许输入信号低于地电平，单电源即可处理双向信号。
3. ‌低功耗与集成化设计‌
   • 三种功耗模式（HR/LP/VLP），最低功耗仅3 mW（3.3 V供电）。
   • 内置1.2 V基准源、精密振荡器及CRC校验，减少外围元件需求。

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‌二、关键参数与性能表现‌

• ‌噪声性能‌：0.82 μVRMS（1 kSPS，增益=8），信噪比达128 dB（全局斩波模式）。
• ‌通道隔离‌：串扰低至-120 dB，确保多通道数据独立性。
• ‌长期稳定性‌：增益误差漂移<40 ppm/°C，基准电压温漂±0.5%。

‌表：不同增益下的输入满量程范围‌

增益	差分输入范围	适用场景示例
1	±1.2 V	高压分压测量
128	±9.375 mV	微小电流检测

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‌三、典型应用电路设计‌

1. ‌BMS电流检测方案‌
   • 通过分流电阻直接连接AINxP/AINxN，利用PGA放大微小压降（如100 mV满量程时增益=12）。
   • 全局斩波模式消除热漂移，提升长期测量精度。
2. ‌电源时序与布局建议‌
   • ‌去耦电容‌：AVDD/DVDD需并联1 μF陶瓷电容，CAP引脚接220 nF电容。
   • ‌接地隔离‌：AGND与DGND单点连接，降低数字噪声干扰。

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‌四、寄存器配置与数据接口‌

• ‌SPI通信‌：支持CPOL=0/CPHA=1模式，时序需满足tw(SCL)≥20 ns。
• ‌关键寄存器‌：
  • CLOCK寄存器设置OSR（如1024对应4 kSPS）和功耗模式。
  • GAIN寄存器独立配置各通道增益。

‌五、选型与替代建议‌

• ‌适用场景‌：电动汽车充电桩、ESS储能系统、高精度温度监测。
• ‌竞品对比‌：相比ADS131A04，ADS131B02-Q1集成负电荷泵，更适合单电源负压检测。