ADS1146 16位2kSPS一通道ADC配备PGA用于精密传感器测量技术手册

ADS1146、ADS1147和 ADS1148设备是高精度的16位模拟转数字转换器（ADC），包括以下 集成功能以降低传感器测量应用的系统成本和组件数量。 这些设备配备了低噪声、可编程增益放大器（PGA）和精密δσ（ΔΣ） ADC配备单周期稳定数字滤波器和内部振荡器。ADS1147和 ADS1148设备还提供内置低漂移电压参考和两个匹配可编程设备 激发电流源（IDAC）。
*附件：ads1146.pdf

输入多路复用器支持四个差分输入ADS1148，两个用于 ADS1147，还有一个ADS1146。此外，多路复用器集成了传感器烧毁功能 检测、热电偶电压偏置、系统监控以及通用数字输入输出 （ADS1147和ADS1148）。PGA提供最高可选的增益，最高可达128 V/V。这些特性提供了 温度传感器测量应用的完整前端解决方案，包括 热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）及其他小信号 测量包括电阻桥传感器。数字滤波器在一个周期内稳定到 使用输入复用器时支持快速通道循环，并提供高达 2 kSPS 的数据速率。 对于20 SPS或以下的数据速率，50赫兹和60赫兹的干扰都被 滤波器。

特性

• 可编程数据速率最高可编程为2 kSPS
• 所有数据速率的单周期稳定
• 同时在20 SPS下
  实现50赫兹和60赫兹的抑制
• 模拟复用器，具有8个（ADS1148）和
  4个（ADS1147）独立可选输入
• 可编程增益：1 V/V 至 128 V/V
• 双匹配可编程激励电流源
• 低漂移内部2.048伏参考
• 传感器烧毁检测
• 4 或 8 个通用输入输出（ADS1147 和 ADS1148）
• 内部温度传感器
• 电源和电压裁判监控（ADS1147和ADS1148）
• 自我与系统校准
• 兼容SPI™的串行接口
• 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 5.25 V

参数

方框图

ADS1146/ADS1147/ADS1148 是德州仪器（TI）推出的 16 位高精度 ΔΣ 模数转换器系列，核心优势为可编程增益（1128 V/V）、多通道输入、集成传感器激励与校准功能，支持 5 SPS2000 SPS 可调采样率，内置抗工频干扰滤波器，是温度（RTD / 热电偶）、压力、流量等传感器信号测量的专用前端方案。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样 ：16 位分辨率（无失码），采样率 5 SPS~2000 SPS 可调，单周期稳定滤波，通道切换无延迟。
• 静态精度 ：积分非线性（INL）±1 LSB，微分非线性（DNL）±1.5 LSB；增益误差 ±0.5% FSR，增益漂移 ±3.5 ppm/°C（增益 = 128 时），偏移漂移 15 nV/°C（增益 = 128 时），精度优异。
• 动态性能 ：噪声底低至 0.49 μVpp（5 SPS、增益 = 128 时），共模抑制比（CMRR）≥90 dB（DC，增益 = 1）、≥100 dB（DC，增益 = 32）；电源抑制比（PSRR）100 dB，抗干扰能力强。
• 输入特性 ：ADS1146（1 路差分）、ADS1147（4 路）、ADS1148（8 路）输入通道；输入阻抗最高 5000 MΩ（5 SPS 时），适配高阻抗传感器。

2. 环境与封装

• 工作温度：-40°C105°C（额定）、-40°C125°C（扩展），适配工业级恶劣环境；
• 封装形式：ADS1146（16 引脚 TSSOP）、ADS1147（20 引脚 TSSOP）、ADS1148（28 引脚 TSSOP/32 引脚 VQFN），RoHS 兼容，MSL 等级 1~2；
• 功耗表现：转换时功耗 1.4 mW~2.3 mW（3.3 V/5 V 供电，20 SPS），掉电电流 0.1 μA（模拟）/0.2 μA（数字），低功耗设计；
• 供电电压：模拟电源（AVDD）2.7 V5.25 V（单极性）或 ±2.5 V（双极性），数字电源（DVDD）2.7 V5.25 V，供电灵活。

二、关键功能特性

1. 传感器专用功能

• 可编程增益放大器（PGA）：增益 1/2/4/8/16/32/64/128 V/V 可调，适配微弱传感器信号放大。
• 激励电流源（ADS1147/ADS1148）：双路匹配 IDAC，输出电流 50 μA~1500 μA 可调，匹配误差 ±0.2%，支持 RTD 三线制引线补偿。
• 校准功能：支持自校准（SELFOCAL）、系统偏移校准（SYSOCAL）、系统增益校准（SYSGCAL），24 位偏移 / 增益校准寄存器，修正系统误差。
• 抗干扰设计：20 SPS 及以下采样率时，数字滤波器可同时抑制 50 Hz/60 Hz 工频干扰，无需外部滤波。

2. 输入与信号调理

• 多通道配置：ADS1148 支持 8 路模拟输入，可配置为差分 / 单端输入，部分引脚复用为 GPIO（4 路 / 8 路），扩展灵活。
• 传感器保护：集成 0.5 μA/2 μA/10 μA 可选烧断检测电流源，可诊断传感器开路 / 短路故障。
• 偏置电压生成：内置（AVDD+AVSS）/2 偏置电压，适配热电偶等无偏置传感器。

3. 接口与控制

• 通信接口：SPI 兼容串行接口（SCLK/DIN/DOUT/DRDY），支持连续读 / 单次读模式，DRDY 引脚指示数据就绪。
• 系统监测（ADS1147/ADS1148）：可测量 AVDD、DVDD、参考电压及芯片内部温度，支持电源状态诊断。
• 时钟选项：内置 4.096 MHz 振荡器（精度 ±5%），支持外部时钟输入（1 MHz~4.5 MHz），灵活适配系统时钟。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 温度测量：RTD（PT100/PT1000）、热电偶（K 型 / J 型）、热敏电阻；
• 工业传感：压力传感器、应变片桥式电路、流量传感器、液位传感器；
• 工业控制：工厂自动化、过程控制、精密仪器信号采集。

2. 硬件设计建议

• 外部元件 ：AVDD/DVDD 引脚需各外接 0.1 μF 陶瓷去耦电容，贴近引脚放置；ADS1147/ADS1148 的 VREFOUT 与 VREFCOM 间需并联 1 μF~47 μF 电容，稳定内部参考源。
• 输入配置：模拟信号路径与数字信号路径分开布线，避免交叉；高阻抗传感器输入需加 RC 滤波（推荐截止频率为采样率的 10 倍），减少噪声耦合。
• 接地与供电：模拟地（AVSS）与数字地（DGND）单点连接，采用低噪声 LDO 供电；双极性供电时，AVSS 需提供低阻抗接地路径（<10 Ω）。

3. 软件与配置

• 模式选择：高精度测量选低采样率（5 SPS/10 SPS/20 SPS），快速监测选高采样率（1000 SPS/2000 SPS）；工频干扰场景强制启用 20 SPS 及以下采样率。
• 校准配置：上电后建议执行系统校准（SYSOCAL+SYSGCAL），温度变化或增益调整后需重新校准；自校准（SELFOCAL）无需外部短路，操作便捷。
• 通道切换：通过 MUX0 寄存器配置输入通道，切换后无需等待，数字滤波器单周期稳定，直接读取有效数据。

四、产品差异与选型适配

型号	输入通道	核心差异	典型应用场景
ADS1146	1 路差分	无内部参考 / IDAC，结构精简	单通道高精度信号采集
ADS1147	4 路差分 / 8 路单端	内置参考 / 双 IDAC/4 路 GPIO	多通道传感器测量（如压力）
ADS1148	8 路差分 / 16 路单端	内置参考 / 双 IDAC/8 路 GPIO / 更多系统监测功能	多传感器集成（如多通道温度）

• 核心优势：高度集成传感器专用功能，减少外部元件；低噪声、高 CMRR 适配工业强干扰环境；支持 ratiometric 测量，抵消激励源漂移误差；校准功能简化系统调试。
• 选型建议：根据通道数量、是否需要激励电流源选择型号；高精度场景优先选低采样率 + 高增益组合；需三线制 RTD 引线补偿必选 ADS1147/ADS1148。