解析ADS1232和ADS1234：24位高精度ADC的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，高精度模拟 - 数字转换器（ADC）是实现精准数据采集不可或缺的关键组件。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的ADS1232和ADS1234这两款24位高精度ADC，了解它们的特性、应用场景以及设计要点。

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1. 器件概述

ADS1232和ADS1234（简称ADS123x）是高度集成的24位ADC，专为桥式传感器应用量身打造，如称重秤、应变片和压力传感器等。它们集成了输入多路复用器、低噪声可编程增益放大器（PGA）、三阶delta - sigma（ΔΣ）调制器和四阶数字滤波器，能够提供高达23.5位的有效分辨率，在增益为128、10SPS数据速率下，输入参考RMS噪声低至17 nV，性能十分出色。

2. 主要特性

2.1 高精度转换

• 有效分辨率：在增益为1时，可实现23.5位的有效分辨率，能精准捕捉微小信号变化。
• 无噪声分辨率：增益为64时，无噪声分辨率可达19.2位，确保输出数据的准确性。

2.2 灵活的增益选择

低噪声PGA提供1、2、64和128四种可选增益，能适应不同幅度的输入信号，满足多样化的应用需求。

2.3 出色的噪声性能

在不同增益和数据速率下，均能保持较低的噪声水平。例如，在增益为128、10SPS数据速率时，RMS噪声仅为17 nV。

2.4 强大的干扰抑制能力

采用sinc4数字滤波器，在10SPS数据速率下，对50Hz和60Hz的线周期干扰具有超过100dB的抑制能力，有效减少外界干扰对测量结果的影响。

2.5 灵活的时钟源

支持外部振荡器、外部晶体或内部振荡器三种时钟源选择，可根据具体应用场景灵活配置。

2.6 简单的配置方式

所有数字控制通过专用引脚完成，无需编程寄存器，大大简化了设计过程。

2.7 宽工作范围

• 电源电压：模拟和数字电源电压范围为2.7V至5.3V，能适应不同的电源环境。
• 温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 105°C，可在恶劣环境下稳定工作。

3. 引脚配置与功能

ADS1232采用TSSOP - 24封装，ADS1234采用TSSOP - 28封装。各引脚具有明确的功能，如模拟输入引脚（AINPx、AINNx）用于连接输入信号，增益选择引脚（GAIN0、GAIN1）用于设置PGA增益，时钟输入引脚（CLKIN/XTAL1、XTAL2）用于选择时钟源等。详细的引脚功能可参考数据手册中的引脚功能表。

4. 技术规格

4.1 绝对最大额定值

规定了器件在正常工作时所能承受的最大电压、电流和温度等参数，超出这些范围可能会导致器件永久性损坏。例如，电源电压（AVDD至AGND、DVDD至DGND）的最大额定值为6V，输入电流连续值（除电源引脚外）限制在 - 10mA至10mA之间。

4.2 ESD额定值

• 人体模型（HBM）：±750V，表明器件在静电防护方面具有一定的能力。
• 带电器件模型（CDM）：±500V，能有效防止静电放电对器件造成损害。

4.3 推荐工作条件

明确了器件在最佳性能下的工作参数范围，如电源电压、输入电压、时钟频率和温度等。例如，模拟电源电压（AVDD至AGND）推荐范围为2.7V至5.3V，外部时钟频率范围为0.2MHz至4.9152MHz。

4.4 电气特性

详细描述了器件的各项电气性能指标，包括输入电流、分辨率、数据速率、积分非线性、输入偏移误差、增益误差等。这些参数是评估器件性能的重要依据，在设计过程中需要根据具体需求进行合理选择。

5. 详细功能描述

5.1 模拟输入

支持差分输入和单端输入两种方式。在单端输入时，对于增益为1或2的情况，可将负输入（AINNx）接地；对于增益为64或128的情况，需将AINNx连接到等于AVDD电源中点的电平转换电压，以满足输入范围要求。

5.2 温度传感器（仅ADS1232）

通过设置TEMP引脚为高电平，可使ADC连接到片上二极管，实现温度测量功能。在PGA增益为1和2时，可输出与温度相关的电压信号。

5.3 低噪声PGA

由两个斩波稳定放大器和三个精确匹配的电阻组成，具有低漂移、低噪声的特点。通过GAIN0和GAIN1引脚可设置PGA增益为1、2、64或128。在增益为1或2时，可实现轨到轨输入；在增益为64或128时，输入范围限制在（AGND + 1.5V）至（AVDD - 1.5V）之间。

5.4 电压参考输入

参考电压由REFP和REFN引脚之间的电压差产生（VREF = V(REFP) - V(REFN)）。为提高参考输入阻抗，采用了开关缓冲电路，同时要注意参考噪声和漂移对ADC性能的影响。

5.5 时钟源

可根据实际需求选择外部时钟源、外部晶体或内部振荡器。当CLKIN/XTAL1引脚频率高于约200kHz时，内部振荡器被旁路；低于约200kHz时，内部振荡器被激活。

5.6 数字滤波器

采用sinc4数字滤波器，在10SPS数据速率下， - 3dB截止频率为2.4Hz，能有效抑制50Hz和60Hz的干扰。数据速率和频率响应与时钟频率成正比，可通过外部时钟源进行频率缩放。

5.7 数据速率

通过SPEED引脚设置数据速率，低电平时为10SPS，提供最低噪声和良好的50Hz/60Hz干扰抑制能力；高电平时为80SPS，适用于需要快速数据采集的应用。

5.8 数据格式

输出24位二进制补码格式的数据，正满量程输入产生输出代码7FFFFFh，负满量程输入产生输出代码800000h。

5.9 数据准备和输出

DRDY/DOUT引脚具有双重功能，低电平表示数据准备好，在SCLK的第一个上升沿开始输出数据，MSB优先。

5.10 数据检索

等待DRDY/DOUT引脚变为低电平后，通过施加SCLK信号移出数据。需注意在新数据更新前完成数据检索，避免数据被覆盖。

6. 功能模式

6.1 偏移校准模式

在检索24位数据后，施加至少两个额外的SCLK信号可启动偏移校准。校准完成后，DRDY/DOUT引脚变为低电平，第一个转换数据即为有效数据。

6.2 待机模式

将SCLK保持为高电平可进入待机模式，此时大部分电路关闭，仅时钟源电路工作，以减少唤醒时间。退出待机模式后，第一个数据有效。

6.3 带偏移校准的待机模式

在进入待机模式前，移位25个SCLK信号并将SCLK引脚置高，唤醒后自动进行偏移校准，校准后的数据可直接使用。

6.4 掉电模式

将PDWN引脚保持为低电平可进入掉电模式，此时整个ADC电路关闭，功耗接近零。掉电模式还可重置电路，避免电路锁定在未知状态。

6.5 上电序列

上电时，需按照规定的PWDN引脚序列操作，确保AVDD和DVDD稳定在最低指定电压以上后，再进行相应的高低电平切换，使ADC开始正常工作。

7. 应用与设计要点

7.1 典型应用 - 称重秤系统

以ADS1232为例，在称重秤系统中，可将其配置为通道1输入、增益为128、10SPS数据速率。通过合理连接GAIN[1:0]、A0、TEMP和SPEED等引脚，选择合适的时钟源和电源，可实现高精度的重量测量。

7.2 设计要点

• 电源供应：遵循上电时的PWDN引脚切换序列，确保电源稳定。模拟和数字电源可连接在一起，但数字电源需干净，无毛刺和瞬变。可使用低压差稳压器（LDO）减少开关电源产生的电压纹波。
• 布局设计：
  • 尽量使用专用的PCB接地层，避免在该层布线。若无法实现连续接地层，需在ADC处连接各个平面段。
  • 数字走线应远离PGA输出引脚和模拟输入，采用差分走线方式减少RFI干扰。
  • 在高线性度应用中，使用C0G电容作为模拟和参考输入滤波器以及PGA输出电容，避免使用高K型电容。
  • 避免DRDY/DOUT引脚使用长走线，若必须使用，可采用串联电阻或本地缓冲器。外部时钟应无过冲和毛刺，可使用源端匹配电阻控制反射和过冲。

8. 总结

ADS1232和ADS1234凭借其高精度、低噪声、灵活配置等优点，成为桥式传感器应用中理想的ADC选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理配置器件的各项参数，同时注意电源供应和布局设计等要点，以充分发挥器件的性能优势，实现精准的数据采集和处理。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地了解和应用这两款优秀的ADC产品。

各位工程师在使用ADS123x的过程中，是否遇到过一些独特的问题或有一些巧妙的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流！