ADS1231 24 位桥式传感器专用模数转换器产品总结

该 ADS1231 是一种精密的 24 位模数转换器（ADC）。该 ADS1231 配备了内置低噪声放大器、内置振荡器、精密三阶 24 位 delta-sigma 调制器和桥式电源开关，为桥梁传感器应用（包括称重秤、应变计和负荷传感器）提供了完整的前端解决方案。
*附件：ads1231.pdf

低噪声放大器增益为128，支持全刻量差分输入±19.5mV。 ADC具有24位分辨率，由三阶调制器和四阶数字滤波器组成。支持两种数据速率：10SPS（支持50Hz和60Hz抑制）和80SPS。ADS1231可以进入低功耗待机模式，或在关机模式下完全关闭。

ADS1231由专用引脚控制;没有数字寄存器可供编程。数据通过易于隔离的串行接口输出，直接连接到MSP430及其他微控制器。

ADS1231采用SO-16封装，规格范围为–40°C至+85°C。

特性

• 桥式传感器的完整前端
• 内置放大器，增益为128
• 内部振荡器
• 桥式传感器的低侧电源开关
• 低噪声：35nVrms
• 可选数据速率：10SPS 或 80SPS
• 同时以10SPS进行50Hz和60Hz拒绝
• 输入EMI滤波器
• 外部电压参考，最高可达5伏，用于比分测量
• 简单的针驱动控制
• 双线串行数字接口
• 供电范围：3V至5.3V
• 包裹：SOIC-16
• 温度范围：–40°C至+85°C
• 应用
  • 体重秤
  • 应变计
  • 载荷传感器
  • 工业过程控制

参数

方框图

ADS1231 是德州仪器（TI）推出的 24 位高精度模数转换器（ADC），专为桥式传感器设计，集成低噪声放大器、内部振荡器、桥式电源开关等功能，核心优势为高分辨率、低噪声与完整前端解决方案，适配电子秤、应变片、称重传感器等高精度力 / 压力测量场景。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 采样与精度 ：24 位分辨率无丢失码，支持 10 SPS（低噪声）与 80 SPS（高速）两档采样率；积分非线性（INL）±8 ppm，输入失调误差 10 μV，失调漂移 ±20 nV/°C，增益漂移 ±2 ppm/°C，精度稳定性优异。
• 动态性能 ：10 SPS 时噪声低至 35 nVrms，80 SPS 时为 102 nVrms；共模抑制比（CMRR）110 dB，电源抑制比（PSRR）100 dB，10 SPS 模式下可同时抑制 50 Hz/60 Hz 工频干扰。
• 输入与参考 ：差分输入范围 ±19.5 mV（5 V 供电）/±11.7 mV（3 V 供电），内置增益 128 的低噪声放大器；支持 1.5~5.3 V 外部参考电压，参考输入电流仅 10 nA。
• 功耗与供电 ：模拟 / 数字电源统一为 3~5.3 V；正常工作功耗 5 mW（5 V）/2.9 mW（3 V），待机 / 掉电模式功耗低至 0.1 μA，低功耗特性突出。

2. 环境与封装

• 工作温度：-40°C 至 85°C，满足工业级宽温要求；
• 封装形式：16 引脚 SOIC 封装，符合 RoHS 标准，引脚镀层为 NIPDAU，MSL 等级 2，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2 kV、充电设备模型（CDM）±500 V，防护性能适配工业操作环境。

二、关键功能特性

1. 传感器适配设计

• 完整前端解决方案：集成低侧电源开关（SW 引脚），可控制桥式传感器电源通断，待机 / 掉电时断开传感器电源，降低系统功耗。
• 低噪声放大：内置斩波稳定放大器，增益固定 128，搭配外部 0.1 μF 电容构成低通滤波器，抑制高频噪声与斩波残留，提升温度漂移性能。
• 输入保护：模拟输入内置 ESD 防护二极管与 EMI 滤波器（截止频率 20 MHz）， differential 输入电流 ±2 nA，减少对传感器信号的干扰。

2. 时钟与滤波

• 时钟灵活选择：支持内部振荡器（默认）或外部时钟（1~6 MHz），外部时钟可精准调整采样率与滤波特性。
• 数字滤波：采用 4 阶 sinc 滤波器，10 SPS 模式下 - 3 dB 截止频率 3.32 Hz，80 SPS 模式下为 11.64 Hz，工频干扰抑制能力强。

3. 控制与接口

• 引脚化控制：无寄存器设计，通过 SPEED 引脚选择采样率，PDWN 引脚控制掉电，无需复杂编程，配置简单。
• 串行接口：两线制串行接口（SCLK/DRDY/DOUT），DRDY 引脚指示数据就绪，数据以二进制补码格式 MSB 优先输出，支持部分位读取，适配 MSP430 等微控制器。
• 低功耗模式：支持待机模式（SCLK 保持高电平激活）与掉电模式（PDWN 拉低激活），掉电后仅需 7.95 μs 唤醒时间，适配电池供电设备。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 称重与力测量：电子秤、称重传感器、应变片信号转换；
• 工业测控：压力传感器、桥式变送器、工业过程控制中的高精度数据采集。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：AVDD 与 DVDD 需共地供电，电源引脚就近放置 0.1 μF 陶瓷电容 + 1 μF 钽电容去耦，减少电源噪声。
• 传感器连接：桥式传感器输出直接接入 AINP/AINN 引脚，VREFP/VREFN 连接传感器参考端，SW 引脚接入传感器低侧电源回路，实现传感器电源联动控制。
• 滤波配置：CAP 引脚需外接 0.1 μF NPO/C0G 电容，与内部电阻构成低通滤波器，电容需紧贴引脚放置以保证滤波效果。
• 布局规范：模拟信号与数字信号分离布线，参考电压回路远离数字噪声源；输入信号线短路径布线，减少寄生电容与干扰耦合。

3. 软件与配置

• 采样率选择：高精度测量场景选 10 SPS（工频抑制 + 低噪声），动态测量场景选 80 SPS（高速响应）。
• 数据读取：等待 DRDY 引脚拉低后，通过 SCLK 上升沿读取 24 位数据，可仅读取有效位以提升效率；输入信号突变后需丢弃前 4 次读数，确保数据稳定。
• 模式切换：无需连续采样时，激活待机 / 掉电模式降低功耗；唤醒后首组数据即可有效，无需额外校准。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：集成度高（无需额外放大器 / 电源开关）、噪声低（适配小信号传感器）、工频抑制能力强（无需外部滤波电路），简化桥式传感器系统设计。
• 选型建议：电子秤、高精度称重等对噪声与稳定性要求极高的场景优先选择；需兼顾速度与精度的工业测控场景可切换采样率使用；电池供电设备可充分利用其低功耗模式延长续航。