ADS1257 24 位高精度低噪声模数转换器（ADC）技术文档总结

该ADS1257是一款低噪声、30kSPS、24位、三角积分（ΔΣ）模数转换器（ADC），集成多路复用器（多路复用器）、输入缓冲器和可编程增益放大器（PGA），采用小型20引脚、5mm×5mm VQFN封装。该器件将集成度、高转换率和 24 位分辨率结合在一个小封装中，使该器件非常适合空间受限的应用。
*附件：ads1257.pdf

输入多路复用器接受两个差分或三个单端输入测量。传感器断路检测电路验证ADC的输入连接连续性。可选的输入缓冲器大大增加了输入阻抗，并且在许多情况下，无需外部缓冲器。缓冲器输入电压范围包括AGND。低噪声PGA提供1至64的增益，以适应各种输入信号。可编程数字滤波器优化了ADC分辨率（高达23位，无噪声）和转换速率（高达30 kSPS）。数字滤波器提供单周期稳定转换，并抑制 50 Hz 和 60 Hz 干扰信号。

SPI 兼容串行接口只需三根线即可运行，简化了与外部控制器的连接。集成校准功能支持对所有PGA增益设置的失调和增益误差进行自我校正和系统校正。两个双向数字I/O引脚控制外部电路。

特性

• 高达 23 位的无噪声分辨率
• 小型 5mm × 5mm VQFN 封装
• 4 个模拟输入
  • 2 次差分或 3 次单端测量
• 优异的直流性能
  • 失调漂移：4 nV/°C（增益 = 64）
  • 增益漂移：0.8 ppm/°C
  • 非线性：3 ppm（增益 = 1）
• 可编程数据速率：2.5 SPS至30 kSPS
• 单周期结算换算 （≤ 1000 SPS）
• 50Hz 和 60Hz 抑制
• 高阻抗输入缓冲器
• 差分输入PGA
• 集成传感器断裂检测
• 2 个通用输入/输出
• 电源：
  • 模拟：5 V
  • 数字：1.8 V 至 3.6 V
• 5V 容差 SPI™ 兼容串行接口

参数

方框图

ADS1257 是德州仪器推出的高分辨率、低噪声模数转换器，核心优势是 24 位高精度、集成多路输入与可编程增益放大器（PGA）、支持灵活数据率配置，封装紧凑且抗干扰能力强，适用于工业自动化、测试测量、医疗设备等对测量精度和稳定性要求严苛的场景。

一、核心性能与定位

• 精度与分辨率 ：24 位分辨率，噪声无码分辨率最高 23 位；积分非线性（INL）最大 10 ppm，偏移漂移低至 4 nV/°C（增益 = 64），增益漂移 0.8 ppm/°C，直流性能优异。
• 输入与增益 ：4 路模拟输入，支持 2 路差分或 3 路单端测量；PGA 增益可编程（1~64 倍），适配不同幅度传感器信号，输入阻抗最高 80 MΩ（缓冲开启时）。
• 速率与噪声 ：数据率可编程（2.5 SPS~30 kSPS），支持 50Hz/60Hz 工频干扰抑制；输入等效噪声低至 0.027 μV_RMS（增益 = 64、2.5 SPS），噪声性能突出。
• 环境与供电 ：工作温度 - 40℃85℃，模拟供电 5V，数字供电 1.8V3.6V；抗静电性能达 HBM±2000V、CDM±500V，可靠性高。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 内置输入缓冲器，可大幅提升输入阻抗，减少外部信号源负载；集成传感器断线检测功能，支持 0.5μA/2μA/10μA 检测电流。
• 可编程数字滤波器，支持单周期稳定转换（≤1000 SPS），滤波器带宽随数据率动态调整，兼顾分辨率与响应速度。
• 2 路通用数字 I/O 引脚，D0 引脚可配置为时钟输出（CLKIN 分频比可选），支持多器件同步。

2. 工作模式

• 连续转换模式：持续采样并输出数据，适用于高频数据采集场景。
• 单触发模式：通过待机（STANDBY）与唤醒（WAKEUP）命令实现单次转换，转换后自动断电，降低功耗。
• 校准模式：支持自校准（偏移 / 增益）与系统校准，校准结果自动写入寄存器，可通过寄存器手动配置校准参数。

3. 封装与引脚

• 采用 20 引脚 5mm×5mm VQFN 封装，含独立模拟电源（AVDD）、数字电源（DVDD）及接地引脚（AGND/DGND），热焊盘需连接 AGND 以优化散热。
• 引脚包括 4 路模拟输入（AIN0~AIN3）、SPI 通信引脚（SCLK、DIN、DOUT、CS）、复位（RESET）、同步 / 掉电（SYNC/PWDN）及参考电压输入（REFP/REFN）。

三、编程与配置

• 寄存器控制 ：通过 11 个配置寄存器设置输入多路选择、PGA 增益、数据率、校准参数等；支持 SPI 命令控制（如 RDATA、WREG、SELFCAL 等），操作灵活。
• 数据格式 ：输出 24 位二进制补码，正满量程代码 7FFFFFh，负满量程代码 800000h，支持 MSB/LSB 优先输出配置。
• 接口特性 ：5V 耐受 SPI 兼容接口，支持 3 线 / 4 线通信，SCLK 时钟频率最高可达 CLKIN/4，支持多器件共享总线。

四、典型应用场景

• 工业自动化：PLC 模拟前端、过程控制信号采集；
• 测试测量：高精度数据采集系统、科学仪器；
• 医疗设备：生理信号检测、医疗传感器信号转换；
• 其他：电池管理、高精度传感器信号调理（如热电偶、应变片）。

五、设计关键要点

1. 电源与去耦 ：模拟电源（AVDD）和数字电源（DVDD）需分别就近配置 0.1μF 陶瓷电容 + 10μF 电解电容去耦，AGND 与 DGND 就近短接，减少地电位差。
2. 信号接口：模拟输入建议串联 RC 滤波电路（截止频率需匹配数据率），差分输入走线长度需匹配；参考电压（REFP/REFN）需选用低噪声、低漂移源，建议并联滤波电容。
3. 布局规范：分离模拟与数字电路区域，采用完整接地平面；时钟信号（CLKIN）需短距离布线，避免与模拟信号平行；热焊盘可靠接地，提升散热效率。
4. 校准与同步：增益或数据率变更后需重新校准；多器件同步可通过 SYNC 引脚或 CLKOUT 时钟实现，确保采样时序一致。