ADS131M08 24 位、32kSPS、8 通道、同步采样、Δ-Σ ADC技术手册

该ADS131M08是一款八通道、同步采样、24 位、三角积分 （ΔΣ）、模数转换器 （ADC），提供宽动态范围、低功耗和能量测量特定功能，使该器件非常适合电能计量、功率计量和断路器应用。ADC输入可以直接连接到电阻分压器网络或电源变压器以测量电压，或连接到电流互感器或罗氏线圈以测量电流。
*附件：ads131m08.pdf

可以根据传感器输入独立配置各个ADC通道。低噪声、可编程增益放大器 （PGA） 提供 1 至 128 的增益范围，以放大低电平信号。此外，该器件还集成了通道间相位校准以及失调和增益校准寄存器，以帮助消除信号链误差。

器件中集成了低漂移的 1.2V 基准电压源，可减少印刷电路板 （PCB） 面积。数据输入、数据输出和寄存器映射上的可选循环冗余校验 （CRC） 可保持通信完整性。

完整的模拟前端 （AFE） 采用 32 引脚 TQFP 封装或无引脚 32 引脚 WQFN 封装，额定工作温度范围为 –40°C 至 +125°C。

特性

• 8 个同时采样差分输入
• 可编程数据速率高达 32 kSPS
• 可编程增益高达 128
• 噪音表现：
  • 增益 = 1， 4 kSPS 时的 102 dB 动态范围
  • 增益 = 64、4 kSPS 时的 80 dB 动态范围
• 总谐波失真：–100 dB
• 用于直接传感器连接的高阻抗输入：
  • 输入阻抗 330kΩ，增益为 1、2 和 4
  • 输入阻抗≥ 1MΩ，增益为8、16、32、64和128
• 可编程通道间相位延迟校准：
  • 244 ns 分辨率，8.192 MHz f克金
• 电流检测模式允许极低功耗的篡改检测
• 快速启动：在电源斜坡后 0.5 ms 内获得第一个数据
• 集成负电荷泵允许输入信号低于地
• 通道间串扰：–120 dB
• 低漂移内部基准电压源
• 通信和寄存器映射上的循环冗余校验 （CRC）
• 2.7V 至 3.6V 模拟和数字电源
• 低功耗：6.0 mW（3V AVDD 和 DVDD 时）
• 封装：32引脚TQFP或32引脚WQFN
• 工作温度范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

ADS131M08 是德州仪器推出的 8 通道同步采样 24 位 ΔΣ 模数转换器（ADC），核心优势为高动态范围、低功耗、可编程增益及丰富校准功能，专为商业 / 住宅电表、断路器、保护继电器、电池管理系统等能源计量和工业测控场景设计。

核心参数与特性

1. 通道与采样性能：8 通道同步采样，24 位分辨率，可编程数据速率最高 32 kSPS；积分非线性（INL）典型值 7.5 ppm，输入失调电压低，全局斩波模式下漂移仅 105 nV/°C。
2. 信号与增益性能：增益可编程（1-128 倍），增益 1 时动态范围 102 dB，总谐波失真（THD）-100 dB；通道隔离度 -120 dB，串扰抑制能力强；输入阻抗随增益变化，增益≥8 时≥1 MΩ，支持直接传感器连接。
3. 功耗与封装：2.7 V-3.6 V 单电源供电，3 V 时总功耗仅 6 mW；提供 32 引脚 TQFP（5mm×5mm）和 WQFN（4mm×4mm）两种封装，工作温度范围 -40°C 至 125°C，满足工业级要求。
4. 附加功能：集成 1.2 V 低漂移内部参考源，支持外部参考输入；内置偏移、增益和相位校准寄存器，支持通道间相位延迟校准（244 ns 分辨率）；配备 CRC 校验（通信及寄存器映射），提升可靠性。
5. 工作模式：支持高分辨率、低功耗、极低功耗三种电源模式；提供全局斩波模式（降低失调误差）、待机模式（功耗 0.35 µA）和电流检测模式（低功耗篡改检测）。

核心功能模块

• 信号调理模块：每通道集成可编程增益放大器（PGA），支持 1-128 倍增益调节；内置 DC 阻断滤波器，可消除低频噪声和系统偏移，截止频率可编程。
• 采样与滤波：ΔΣ 调制器配合 sinc3 数字滤波器， oversampling 比率（OSR）可编程（128-16384），兼顾噪声抑制与响应速度；快速建立滤波器缩短启动时间，首组有效数据可在 0.5 ms 内输出。
• 校准与诊断：支持通道独立偏移校准和增益校准，相位校准可补偿传感器相位差异；内置寄存器映射 CRC 校验、SPI 通信 CRC 校验，提供内部测试信号和温度传感器，便于系统诊断。
• 通信接口：SPI 兼容接口（支持 16/24/32 位字长），DRDY 引脚指示数据就绪；SYNC/RESET 引脚支持多芯片同步和硬件复位，支持多设备级联扩展。

应用场景

适用于商业 / 住宅电表、断路器、保护继电器、电能质量分析仪、电池测试设备、电池管理系统（BMS）等，尤其适配需要多通道同步采样、高精度能源计量和工业过程测控的场景。

设计要点

1. 接口配置：SPI 接口需配置为 CPOL=0、CPHA=1，支持输入 / 输出 CRC 校验；DRDY 引脚可配置为推挽或开漏输出，建议通过上拉电阻增强稳定性。
2. 电源与参考：模拟电源（AVDD）和数字电源（DVDD）需就近放置 1 µF 去耦电容，CAP 引脚需外接 220 nF 电容；优先使用内部参考源（1.2 V），外部参考源需满足 1.1 V-1.3 V 范围。
3. 输入电路：模拟输入需添加 RC 抗混叠滤波器（推荐 1 kΩ 电阻 + 10 nF 电容）；输入信号可低于地电位（集成负压电荷泵），但需避免超出绝对最大额定值。
4. 布局规范：PCB 需区分模拟区与数字区，模拟输入线路远离数字噪声源；参考电容和去耦电容靠近对应引脚，减少寄生参数；热焊盘接地，提升散热性能。