深入解析ADS1208：二阶Delta - Sigma调制器的卓越性能

在电子设计领域，对于高精度、高性能的模拟 - 数字转换需求与日俱增。德州仪器（Texas Instruments）的ADS1208二阶Delta - Sigma调制器，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入剖析这款调制器。

文件下载：ads1208.pdf

一、产品概述

ADS1208是一款专为霍尔传感器及类似应用优化的二阶Delta - Sigma调制器，工作时钟频率为10MHz。它具有±100mV的指定输入范围和±125mV的满量程范围，典型共模抑制比（CMR）达95dB，典型信噪比（SNR）为82dB。其可调节的电流输出用于传感器偏置，数字输出与ADS1202/03兼容，还提供差分数字输出和独立的2.7V至5.5V数字电源引脚。

二、特性亮点

（一）高精度测量

• 分辨率与线性度：ADS1208具有16位分辨率，积分非线性（INL）在16位分辨率下为 - 8至8 LSB（或 - 0.012%至0.012%），差分非线性（DNL）为 - 1.0至1.0 LSB，能够提供高精度的测量结果。
• 低噪声性能：模拟输入的低噪声特性以及出色的共模抑制能力，有效减少了外界干扰对测量的影响，确保了测量的准确性。

（二）灵活的配置

• 可调节电流源：内部集成的可编程电流源可用于传感器偏置，通过在AVDD和IADJ之间放置电阻，可对输出电流进行编程，电流范围为1mA至8mA。
• 多模式操作：支持四种不同的操作模式，可根据具体应用需求选择合适的时钟源和数据输出方式，提供了极大的灵活性。

（三）兼容性强

数字输出与ADS1202/03兼容，方便工程师在不同项目中进行集成和替换，降低了开发成本和难度。

三、应用场景

（一）电机控制

在电机控制中，精确的电流测量至关重要。ADS1208的高精度和低噪声特性，能够准确测量电机电流，为电机的精确控制提供可靠的数据支持。

（二）电流测量

无论是工业领域的大电流测量，还是电子设备中的小电流监测，ADS1208都能胜任，其宽输入范围和高精度保证了测量的准确性。

（三）传感器应用

适用于霍尔传感器和桥式传感器等，为传感器提供稳定的偏置电流，并将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，便于后续处理。

四、技术细节分析

（一）模拟部分

• 调制器：二阶调制器作为滤波器，对输入信号进行低通滤波，同时将量化噪声转移到更高频率。在输出端需要使用数字低通滤波器来去除高频噪声，并将1位数据流转换为更高位的数据字。
• 模拟输入：内部采样电容需要在50ns内重新充电，ADS1208提供的两个输入缓冲器，具有高带宽（典型值为50MHz）、低噪声和低偏移的特点，有效提高了系统性能，特别是在输入源阻抗较高的情况下。
• 内部参考电压：提供2.5V的参考电压源，参考输出电压范围为2.45V至2.55V，温度漂移为20ppm/°C。参考输入引脚REFIN可连接外部参考电压，范围为0.5V至3V，用于设置模拟输入范围。
• 电流源：集成的电流源可用于为霍尔元件提供偏置电流，通过调节电阻$R_{ADJ}$可控制输出电流。在特定条件下，参考电压的漂移可被抵消，通过调整电阻可校准整个系统的增益。

（二）数字部分

• 数字输出：差分模拟输入信号与输出的数字位流之间存在特定的关系，例如0V输入对应50%的高电平时间，+100mV输入对应80%的高电平时间， - 100mV输入对应20%的高电平时间。
• 数字接口：支持四种操作模式，不同模式下时钟源和数据输出方式不同。内部时钟可由20MHz RC振荡器提供，也可使用外部时钟源。数字接口的电压范围为2.7V至5.5V，提供了良好的兼容性。
• 滤波器使用：调制器输出的位流需要经过数字滤波器处理才能得到与模拟输入电压等效的数字字。Sinc3滤波器是一种简单且性能良好的滤波器，适用于大多数应用。在电机控制等对响应时间要求较高的应用中，可能需要选择其他类型的滤波器，如Sinc2滤波器。

五、布局注意事项

（一）电源供应

ADS1208有模拟电源AVDD和数字电源BVDD。模拟电源必须稳定且低噪声，以保证高精度测量。可通过在电源引脚之间连接5Ω电阻和使用去耦电容进行滤波。同时，要注意避免在电源开启前输入信号，以免引起闩锁效应。

（二）接地设计

模拟和数字部分应分别设置独立的接地平面，通过适度的信号走线在调制器下方连接两个接地平面。对于多个调制器，应尽可能在一个中心位置连接两个接地平面。

（三）去耦处理

所有去耦电容应尽可能靠近相应的引脚放置。对于AVDD和AGND之间的100nF补偿电容，建议直接连接在引脚3和6上，以减少内部电路电流毛刺对电源的影响，提高噪声性能。

六、总结

ADS1208二阶Delta - Sigma调制器以其高精度、灵活性和兼容性，在电机控制、电流测量和传感器应用等领域具有广阔的应用前景。工程师在设计过程中，需要充分了解其技术特性和布局要求，合理选择操作模式和滤波器类型，以实现最佳的系统性能。在实际应用中，你是否遇到过类似调制器的使用难题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。