ADS114S06 16位、4kSPS、6通道Δ-Σ ADC技术手册

ADS114S06和ADS114S08是精密的 16 位 Δ-Σ 模数转换器 （ADC），具有低功耗和许多集成功能，可降低测量小信号传感器应用中的系统成本和元件数量。
*附件：ads114s06.pdf

这些ADC具有可配置的数字滤波器，可提供低延迟转换结果和50Hz或
60Hz抑制，适用于嘈杂的工业环境。低噪声、可编程增益放大器（PGA）提供1至128的增益范围，可放大电阻桥或热电偶应用的低电平信号。此外，这些器件还集成了低漂移的2.5V基准电压源，可减少印刷电路板（PCB）面积。最后，两个可编程激励电流源（IDAC）可实现简单、准确的RTD偏置。

输入多路复用器支持12个ADS114S08输入和6个ADS114S06输入，可任意组合连接到ADC，以实现设计灵活性。此外，这些器件还包括传感器烧坏检测、热电偶电压偏置、系统监控和四个通用I/O等功能。

这些器件采用无引脚VQFN-32或TQFP-32封装。

特性

• 低功耗：低至 280 μA
• 可编程增益：1 至 128
• 可编程数据速率：2.5 SPS至4 kSPS
• 在≤ 20 SPS 下同时
  实现 50 Hz 和 60 Hz 抑制，采用低延迟数字滤波器
• 具有 12 （ADS114S08） 或 6 （ADS114S06） 个独立可选输入的模拟多路复用器
• 用于传感器激励的双匹配可编程电流源：10 μA 至 2000 μA
• 内部基准电压源：2.5 V，10 ppm/°C（最大值）漂移
• 内部振荡器：4.096 MHz，1.5% 精度
• 内部温度传感器
• 扩展故障检测电路
• 自偏置和系统校准
• 四个通用 I/O
• SPI 兼容接口，可选 CRC
• 模拟电源：单极性（2.7 V 至 5.25 V）或双极性（±2.5 V）
• 数字电源：2.7 V 至 3.6 V
• 工作温度：–50°C 至 +125°C

参数

ADS114S06 和 ADS114S08 是德州仪器推出的低功耗、低噪声、高集成度 16 位 ΔΣ ADC，分别提供 6 通道和 12 通道输入，文档版本为 SBAS815A（2017 年 2 月首次发布，2017 年 6 月修订），专为温度、压力、应变等小信号传感器测量设计，集成 PGA、电压基准、激励电流源等功能，适配工业控制、传感器变送等场景。

一、产品基础信息

• 核心定位 ：16 位分辨率，无失码；采样率 2.5 SPS - 4 kSPS 可编程；内置低噪声 PGA（增益 1-128 倍）、2.5V 低漂移基准（最大 10 ppm/°C）、双路可编程激励电流源（10 µA - 2000 µA），支持自校准与系统校准；集成内部温度传感器、故障检测电路及 4 路通用 I/O，显著降低系统组件数量。
• 引脚与封装 ：采用 32 引脚 TQFP（PBS 封装）和 32 引脚 VQFN（RHB 封装），尺寸均为 5.0 mm×5.0 mm；包含模拟电源（AVDD/AVSS）、数字电源（DVDD/IOVDD）、多通道模拟输入（AINx）、SPI 接口引脚（CS/SCLK/DIN/DOUT/DRDY）、基准输入 / 输出（REFP/REFN/REFOUT）等。

二、核心特性与参数

（一）精度与性能

• DC 精度 ：积分非线性（INL）最大 ±15 ppm FSR，微分非线性（DNL）±0.99 LSB；输入失调电压最大 ±120 µV（增益 1 时），失调漂移最大 ±200 nV/°C；增益误差最大 ±0.2%，增益漂移最大 ±4 ppm/°C。
• AC 性能 ：输入参考噪声低至 0.6 µVrms（增益 128、2.5 SPS 时）；共模抑制比（CMRR）直流下达 120 dB，50/60 Hz 工频下达 130 dB；电源抑制比（PSRR）达 115 dB，抗干扰能力强。
• 工频抑制 ：≤20 SPS 时，sinc³ 滤波器可同时抑制 50 Hz 和 60 Hz 工频噪声，低延迟滤波器支持低 latency 下的工频抑制，适配工业嘈杂环境。

（二）电源与功耗

• 供电范围：模拟电源（AVDD）2.7 V - 5.25 V（单极性）或 ±2.5 V（双极性），数字核心电源（DVDD）2.7 V - 3.6 V，数字 I/O 电源（IOVDD）2.7 V - 5.25 V（≥DVDD）。
• 功耗表现：典型功耗低至 280 µA，转换模式下根据 PGA 增益不同为 85 µA - 250 µA，待机模式 70 µA，掉电模式仅 0.1 µA，适配电池供电设备。

（三）环境适应性

• 工作温度 -50°C 至 125°C，结温最高 150°C；ESD 防护达 ±2500 V（HBM）/±1000 V（CDM）；VQFN 封装结到环境热阻（RθJA）45.2 °C/W，TQFP 封装 75.5 °C/W，满足工业级可靠性要求。

三、关键功能模块

（一）信号链与滤波

• 输入多路选择器（MUX） ：ADS114S06 支持 6 路模拟输入，ADS114S08 支持 12 路，可配置为单端、伪差分或全差分输入，支持 AINCOM 公共端输入，适配不同传感器连接方式。
• PGA 与调制器 ：低噪声 CMOS PGA 增益 1-128 倍可调，支持旁路模式；ΔΣ 调制器采用过采样架构，调制频率为时钟频率 / 16，配合数字滤波器实现高精度转换。
• 数字滤波器 ：提供 sinc³ 滤波器和低延迟滤波器两种选择：sinc³ 滤波器噪声性能更优，低延迟滤波器适合多通道快速扫描，均支持 50/60 Hz 工频抑制， oversampling 比率随采样率动态调整（64 - 102400）。

（二）校准与激励功能

• 校准功能 ：支持自失调校准（SFOCAL）、系统失调校准（SYOCAL）和系统增益校准（SYGCAL），通过 16 位校准寄存器修正误差，校准后精度显著提升；支持 1/4/8/16 样本平均，优化校准准确性。
• 激励电流源（IDAC） ：双路匹配电流源，输出 10 µA - 2000 µA 可选，可路由至任意模拟输入引脚，用于 RTD、热敏电阻等阻性传感器激励；电流匹配误差最大 ±0.8%，温度漂移最大 ±120 ppm/°C。
• 基准与偏置 ：内置 2.5 V 基准，输出电流最大 ±10 mA，支持外部基准输入（0.5 V - AVDD）；提供 VBIAS 偏置电压（(AVDD+AVSS)/2 或 (AVDD+AVSS)/12），适配热电偶等无偏置传感器。

（三）接口与控制

• SPI 接口 ：兼容 SPI 模式 1（CPOL=0，CPHA=1），支持连续读取和命令读取两种模式，可选 CRC 数据校验和 STATUS 字节前置，保障数据完整性；支持多器件级联，通过 CS 引脚区分。
• 工作模式 ：支持连续转换和单次转换模式，可通过 START/SYNC 引脚或命令触发；包含掉电模式、待机模式和转换模式，支持可编程转换延迟（1・tMOD - 4096・tMOD），适配不同传感器 settling 需求。

四、应用与设计要点

（一）典型应用场景

• 传感器变送与传输（温度、压力、应变、流量）、PLC 和 DCS 模拟输入模块、温度控制器、气候箱与工业烘箱等，尤其适合 3 线 / 4 线 RTD 温度测量、桥式传感器信号采集等高精度场景。

（二）设计关键要点

• 电源与去耦 ：AVDD 需并联 330 nF 电容就近去耦至 AVSS，DVDD 和 IOVDD 并联 0.1 µF 电容去耦至 DGND；模拟地与数字地单点连接，减少噪声耦合；推荐使用 LDO 降低电源纹波。
• 输入滤波 ：模拟输入端建议添加一阶 RC 低通滤波器（电阻 100 Ω - 10 kΩ，电容 C0G 材质），抑制混叠和 EMI 干扰，滤波器截止频率建议设为采样率的 1-10 倍。
• 布局要求 ：PCB 分区规划模拟区、数字区和电源区，模拟信号与数字信号避免交叉；模拟输入线路短且对称，参考引脚远离数字噪声源；VQFN 封装的热焊盘需焊接至 PCB 地平面，优化散热。

五、封装与订购信息

• 封装类型 ：32 引脚 TQFP（PBS 封装）和 32 引脚 VQFN（RHB 封装），引脚镀层为 NIPDAU，符合 RoHS 标准，MSL 等级 3（260°C 峰值回流，168 小时暴露）。
• 订购型号 ：核心型号包括 ADS114S06IPBS（TQFP 管装，250 片 / 管）、ADS114S08IRHBR（VQFN 卷带，3000 片 / 卷）等，所有型号工作温度范围均为 -50°C 至 125°C，产品标记分别为 “114S06” 和 “114S08”。