ADS1278-EP 八通道 24 位同步采样模数转换器技术规格与应用总结

基于单通道ADS1271，ADS1278（八进制）是一款 24 位 Δ-Σ （ΔΣ） 模数转换器 （ADC），数据速率高达每秒 128 k 采样 （SPS），允许同时对 8 个通道进行采样。

传统上，提供良好漂移性能的工业 Delta-Sigma ADC 使用数字 具有大通带下垂的滤波器。因此，它们的信号带宽有限，并且大多数 适用于直流测量。音频应用中的高分辨率 ADC 提供更大的可用带宽，但失调和漂移规格明显弱于相应的工业同类产品。该ADS1278结合了这些类型的转换器，可实现具有出色直流和交流规格的高精度工业测量。
*附件：ads1278-ep.pdf

高阶斩波稳定调制器可实现极低的漂移和低带内 噪声。板载抽取滤波器可抑制调制器和信号带外噪声。这些ADC 提供高达奈奎斯特速率90%的可用信号带宽，纹波小于0.005 dB。

四种作模式允许优化速度、分辨率和功率。都 作直接由引脚控制;没有要编程的寄存器。设备已完全 额定温度范围（–55°C 至 125°C），采用 HTQFP-64 PowerPAD 封装。

特性

• 同时测量八个通道
• 高达 128kSPS 的数据速率
• 交流性能：
  62kHz带宽111dB
  SNR（高分辨率模式）
  –108dB THD
• 直流精度：
  0.8μV/°C失调漂移1.3ppm
  /°C增益漂移
• 可选工作模式：
  高速：128 kSPS，106 dB SNR
  高分辨率：52 kSPS，111 dB SNR
  低功耗：52 kSPS，31 mW/ch
  低速：10 kSPS，7 mW/ch
• 线性相位数字滤波器
• SPI 或帧同步串行接口
• 低采样孔径误差
• 调制器输出选项（数字滤波器旁路）
• 模拟电源：5 V
• 数字内核：1.8 V
• I/O 电源：1.8 V 至 3.3 V
• 目前采用HTQFP-64 PowerPAD封装
• 受控基线
• 一个装配/测试站点
• 一个制造现场
• 提供军用 （–55°C/125°C） 温度范围^(1)^
• 延长产品生命周期
• 扩展产品变更通知
• 产品可追溯性

参数

方框图

一、产品概述

ADS1278-EP 是德州仪器（TI）推出的八通道 24 位高精度同步采样模数转换器（ADC），基于 ΔΣ 架构，核心优势为多通道同步采集、低漂移、高分辨率与灵活工作模式，支持 SPI / 帧同步串行接口，适用于国防、航空航天、医疗等关键领域，可满足振动模态分析、多通道数据采集、声学测试、应变片与压力传感器信号采集等场景需求。文档版本为 SBAS579，发布于 2012 年 8 月，器件采用 64 引脚 HTQFP PowerPAD 封装，工作温度范围 - 55°C 至 125°C（军工级），具备受控基线、单一装配 / 测试 / 制造场地、产品可追溯性等增强特性。

二、核心参数与性能特性

1. 基础规格

• 分辨率与采样率 ：24 位分辨率（无失码），支持四种工作模式，最高采样率 128 kSPS（高速模式），最低 10.547 kSPS（低速模式）；八通道同步采样，通道间孔径匹配误差＜500 ps，相位一致性优异。
• 动态性能 ：高速模式 SNR 达 106 dB，高分辨率模式（VREF=3V）SNR 达 111 dB；THD 低至 - 108 dB，无杂散动态范围（SFDR）109 dB；通带纹波＜±0.005 dB，-3dB 带宽达 0.49× 采样率，信号带宽最高 62 kHz。
• 直流精度 ：积分非线性（INL）±0.0014% FSR，偏移漂移 0.8 μV/°C，增益漂移 1.3 ppm/°C；共模抑制比（CMRR）90 dB（60Hz），电源抑制比（PSRR）80 dB-105 dB，抗干扰能力强。

2. 供电与功耗

• 供电范围 ：模拟电源（AVDD）4.75 V-5.25 V，数字核心电源（DVDD）1.65 V-1.95 V，I/O 电源（IOVDD）1.65 V-3.6 V，支持 1.8 V/3.3 V I/O 电平兼容。
• 功耗表现 ：通道功耗随模式可调，高速模式 70 mW / 通道，低功耗模式 31 mW / 通道，低速模式仅 7 mW / 通道；全通道掉电时总功耗低至微瓦级，适配低功耗场景。

3. 封装与环境适应性

• 封装类型 ：64 引脚 HTQFP PowerPAD 封装，裸露热焊盘提升散热效率，结到环境热阻（θJA）33.1 °C/W，结到板热阻（θJB）7.9 °C/W。
• 可靠性 ：ESD 防护符合军工级标准，抗电磁干扰能力强；工作结温最高 150°C，存储温度范围 - 60°C 至 150°C，满足恶劣环境下的长期稳定运行需求。

4. 接口特性

• 数据输入 ：八组差分模拟输入（AINP [8:1]/AINN [8:1]），满量程输入电压 ±VREF（VREF 范围 0.5 V-3.1 V）；输入共模电压 2.5 V（AVDD/2），差分输入阻抗 14 kΩ-140 kΩ（随模式变化）。
• 数据输出 ：支持 SPI 和帧同步（Frame-Sync）两种串行接口，数据格式为二进制补码；提供时分复用（TDM）和离散（Discrete）两种输出模式，支持多器件菊花链扩展，最多可扩展 106 个通道。

三、工作模式与功能原理

1. 核心架构

八通道独立 ΔΣ 调制器（6 阶斩波稳定）+ 线性相位 FIR 数字滤波器架构，所有通道共享同一主时钟与同步信号，确保多通道采样时序一致性；内置 VCOM 引脚（输出 AVDD/2 电压），方便模拟输入驱动电路共模电平匹配。

2. 主要工作模式

模式	最高采样率	典型 SNR	通道功耗	核心特点
高速（High-Speed）	128 kSPS	106 dB	70 mW	兼顾速度与性能，适用于宽带宽信号
高分辨率（High-Res）	52.7 kSPS	111 dB	64 mW	低噪声，适配高精度测量
低功耗（Low-Power）	52.7 kSPS	106 dB	31 mW	功耗优化，长时数据采集场景
低速（Low-Speed）	10.5 kSPS	107 dB	7 mW	超低功耗，微功耗监测场景

3. 关键功能细节

• 同步采样 ：所有通道由同一 CLK 驱动，SYNC 引脚可实现多器件同步或外部事件触发同步，同步后数据延迟 127-129 个采样周期。
• 通道独立控制 ：通过 PWDN [8:1] 引脚可独立关闭任意通道，降低功耗；关闭通道在 TDM 模式下可选择数据固定占位（输出 0）或动态移位（紧凑格式）。
• 灵活滤波 ：内置多阶 FIR 滤波器，可旁路直接输出调制器信号（需外部滤波）；不同模式下过采样率 64-128 倍，阻带衰减 95 dB-100 dB，抑制带外噪声。

四、应用场景与设计建议

1. 典型应用领域

• 国防航空航天：多通道传感器信号采集、雷达系统、卫星载荷；
• 工业测试：振动模态分析、结构健康监测、多通道应变片阵列；
• 医疗设备：高精度生理信号采集、医疗影像设备；
• 通用测试：声学分析、压力传感器阵列、数据采集系统（DAQ）。

2. 设计关键要点

• 电源设计 ：模拟与数字电源需独立布线，每个电源引脚就近并联 0.1 μF 陶瓷电容和 10 μF 钽电容；避免与开关电源或大电流数字器件共享电源，降低电源噪声串扰。
• 输入与参考设计 ：模拟输入需差分驱动，推荐使用仪表放大器或变压器耦合；参考电压（VREFP/VREFN）需低噪声、低阻抗，建议并联 10 μF+0.1 μF 滤波电容，参考源噪声需＜3 μVrms。
• 布线与散热 ：PCB 采用单一接地平面，模拟区与数字区严格分离；高频信号（时钟、模拟输入）短路径差分布线，远离数字控制线；裸露热焊盘需焊接至接地平面，通过散热过孔增强散热，确保结温不超过 130°C。
• 接口设计 ：SPI 模式最高支持 27 MHz 时钟，帧同步模式支持 32.768 MHz 高速时钟；多器件级联时，通过 DOUT1 与 DIN 引脚连接，同步所有器件 SYNC 引脚，确保数据时序一致性。