ADS1131 18 位高精度桥式传感器 ADC 总结

该ADS1131是一种高精度的18位模拟转数字转换器（ADC）。配备板载低噪声放大器、内置振荡器、精密18位δσ（ΔΣ）ADC和桥式电源开关，ADS1131为桥式传感器应用（包括称重秤、应变计和负载传感器）提供了完整的前端解决方案。
*附件：ads1131.pdf

低噪声放大器增益为64，支持±39mV的全刻程差分输入。ΔΣ ADC具有18位有效分辨率，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。ADS1131可以进入低功耗待机模式，或在关机模式下完全关闭。

ADS1131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。

ADS1131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
• 以SO套装形式提供
• 内置放大器，增益64
• 内部振荡器
• 桥式传感器的低侧电源开关
• 18位无噪声分辨率
• 可选的10SPS或80SPS数据速率
• 同时以10SPS进行50Hz和60Hz拒绝
• 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
• –40°C至+85°C温度范围

参数

方框图

ADS1131 是德州仪器（TI）推出的 18 位高精度模数转换器（ADC），核心优势为集成低噪声放大器（PGA）、桥式传感器电源开关与抗工频干扰数字滤波器，支持 10SPS/80SPS 可选采样率，适配称重秤、应变片、称重传感器等桥式传感器信号采集场景，工作温度覆盖 - 40°C~85°C，是桥式传感器前端的完整解决方案。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样率 ：18 位无失码分辨率，采样率通过 SPEED 引脚选择（10SPS/80SPS）；10SPS 模式下可同时抑制 50Hz/60Hz 工频干扰，80SPS 模式适配高速采集需求。
• 输入与增益 ：内置固定增益 64 倍的低噪声放大器，差分输入满量程 ±39mV（5V 参考）、±23.4mV（3V 参考）；共模输入范围 1.5V~AVDD-1.5V，差分输入电流 ±2nA，输入保护二极管钳位信号避免过压损坏。
• 精度指标 ：积分非线性（INL）±8ppm，输入失调误差 10μV，失调温漂 ±15nV/°C；增益误差 ±1% FSR，增益温漂 ±4ppm/°C；共模抑制比（CMRR）110dB（直流），电源抑制比（PSRR）100dB（直流），精度性能优异。
• 噪声特性 ：10SPS 模式下峰峰值噪声 300nV，80SPS 模式下 500nV；噪声等效分辨率高，适配微弱信号采集。

2. 环境与封装

• 工作温度：-40°C~85°C（工业级），适配恶劣工作环境；
• 封装形式：16 引脚 SOIC（D），RoHS 兼容，MSL 等级 2，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：需注意静电防护，操作时建议采取防静电措施；
• 功耗：正常模式总功耗 5mW（5V 供电）、2.9mW（3V 供电）；待机 / 掉电模式功耗低至 0.1μA，节能效果显著。

二、关键功能特性

1. 传感器适配与供电

• 桥式传感器支持：集成低侧电源开关（SW 引脚），转换期间闭合给传感器供电，待机 / 掉电时断开以降低功耗；开关导通电阻 3.5Ω（典型值，5V/30mA），适配各类桥式传感器供电需求。
• 参考电压：支持外部参考电压（1.5V~AVDD+0.1V），参考输入电流 10nA，适配比率测量，提升测量精度。

2. 信号处理与滤波

• 数字滤波：采用 4 阶 sinc 滤波器，10SPS 模式下 - 3dB 截止频率 3.32Hz，80SPS 模式下 11.64Hz；通过频率陷波特性抑制工频干扰，无需额外硬件滤波电路。
• settling 特性：输入信号突变后需 4 个转换周期稳定，连续采集时建议丢弃前 4 个数据以确保精度。

3. 控制与通信

• 引脚控制：无寄存器配置，通过 SPEED（采样率）、PDWN（掉电）引脚实现功能控制，操作简单；支持待机模式（SCLK 持续高电平激活）与掉电模式（PDWN 低电平激活）。
• 数据接口：两线串行接口（SCLK/DRDY/DOUT），DRDY/DOUT 引脚兼具数据就绪指示与数据输出功能，18 位二进制补码输出（MSB 优先），SCLK 最高频率 5MHz。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 称重与测力：电子称重秤、工业称重传感器信号采集；
• 应变与压力：应变片、压力传感器信号转换；
• 工业控制：工业过程控制中的微弱模拟信号采集。

2. 硬件设计建议

• 外部元件 ：CAP 引脚需外接 0.1μF NPO/C0G 电容，与内部电阻构成低通滤波器（截止频率 720Hz），需紧贴引脚放置；AVDD/DVDD 引脚需各外接 0.1μF 去耦电容，降低电源噪声。
• 输入配置：差分输入时信号接 AINP/AINN，单端输入时 AINN 接地；参考电压建议使用低噪声基准源，VREFP/VREFN 引脚需远离数字干扰源。
• 接地与布局：模拟地与数字地单点连接，传感器信号线与数字线分开布线；SW 引脚与传感器接地端直接连接，提升共模抑制效果。

3. 软件与配置

• 采样率选择：工频干扰严重的场景选 10SPS 模式，高速响应需求选 80SPS 模式；
• 数据读取：DRDY/DOUT 拉低表示数据就绪，SCLK 上升沿移出数据（18 位），第 19 个 SCLK 可强制引脚拉高，便于 polling 检测；
• 模式切换：待机模式唤醒后首个数据有效，掉电模式唤醒需 7.95μs 稳定时间，唤醒后需重新等待数据就绪。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：集成 PGA、传感器电源开关与抗工频干扰滤波器，外部元件少，简化桥式传感器前端设计；低噪声、高 CMRR 特性适配微弱信号采集；引脚控制无需寄存器配置，开发门槛低。
• 选型建议：专为桥式传感器设计，适用于称重、应变、压力等需要高精度微弱信号采集的场景；需配合低噪声基准源使用，以充分发挥其精度优势。