Texas Instruments ADS127L21 24位Δ-Σ(ΔΣ)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 具有可編程數(shù)字濾波器，數(shù)據(jù)速率高達(dá)512kSPS。該ADC采用寬帶濾波器，使用低延遲濾波器時(shí)高達(dá)1365kSPS。該器件將交流性能和直流精度完美結(jié)合，功耗低。可編程無限和有限脈沖響應(yīng)（IIR和FIR）數(shù)字濾波器支持自定義濾波器配置文件，例如A加權(quán)補(bǔ)償和頻率凹槽濾波器。寬帶或低延遲濾波器選項(xiàng)可優(yōu)化直流信號(hào)的交流信號(hào)性能或數(shù)據(jù)吞吐量，均集成在一個(gè)器件中。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments ADS127L21 24位三角積分 (ΔΣ) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊.pdf

該低漂移調(diào)制器可實(shí)現(xiàn)出色的直流精度和低寬帶噪聲，從而實(shí)現(xiàn)出色的交流性能。該電源可擴(kuò)展架構(gòu)具有四種速度模式，可優(yōu)化數(shù)據(jù)速率、分辨率和功耗。信號(hào)和基準(zhǔn)輸入緩沖器可降低驅(qū)動(dòng)器負(fù)載，從而提高精度。該串行接口具有菊花鏈功能，可減少隔離柵上的信號(hào)線路數(shù)量。SPI輸入數(shù)據(jù)和寄存器存儲(chǔ)器內(nèi)容由循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 驗(yàn)證，以提高運(yùn)行可靠性。小型3mm × 3mm WQFN封裝設(shè)計(jì)用于空間受限的應(yīng)用。Texas Instruments ADS127L21的額定工作溫度范圍為–40°C至+125°C。

特性

• 可編程FIR濾波器
• 可編程IIR濾波器
• 寬帶或低延遲濾波器模式
• 可編程數(shù)據(jù)速率
  • 寬帶濾波器：512kSPS
  • 低延遲濾波器：1.365MSPS
• 轉(zhuǎn)換延遲（低延遲濾波器）：3μs
• 交流精度，直流精度
  • 動(dòng)態(tài)范圍（200kSPS）：111.5dB（典型值）
  • THD：-125dB（典型值）
  • INL：FS為0.4ppm（典型值）
  • 溫漂：50nV/°C（典型值）
  • 增益漂移：0.5ppm/°C（典型值）
• 功率可擴(kuò)展速度范圍
  • 最大速度：512kSPS，33mW（典型值）
  • 高速：400kSPS，26mW（典型值）
  • 中速：200kSPS，14mW（典型值）
  • 低速：50kSPS，4.3mW（典型值）
• 輸入范圍：±VREF 或±2VREF
• 緩沖輸入
• 內(nèi)部或外部時(shí)鐘運(yùn)行
• 支持功能安全
  • 來輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔

功能框圖

德州儀器ADS127L21高精度24位ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述

德州儀器(TI)的ADS127L21是一款高性能24位三角積分(ΔΣ)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有可編程數(shù)字濾波器特性，專為要求苛刻的工業(yè)測量應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件在2023年3月發(fā)布并于2025年8月修訂，代表了TI在精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的最新成果。

?關(guān)鍵特性?：

• 可編程FIR和IIR數(shù)字濾波器
• 支持寬帶(512kSPS)和低延遲(1.365MSPS)兩種濾波器模式
• 出色的AC性能與DC精度結(jié)合
• 四種可調(diào)節(jié)速度模式優(yōu)化功耗
• 寬輸入范圍：±VREF或±2VREF
• 帶緩沖的輸入和參考輸入
• 支持內(nèi)部或外部時(shí)鐘操作
• 功能安全能力認(rèn)證

二、核心架構(gòu)與工作原理

ADS127L21采用先進(jìn)的ΔΣ調(diào)制器架構(gòu)，結(jié)合可配置的數(shù)字濾波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率與寬帶寬的完美平衡。

2.1 模擬前端設(shè)計(jì)

器件采用全差分輸入結(jié)構(gòu)，支持單極性和雙極性信號(hào)輸入配置：

• ?單極性模式?：AVDD1=5V，AVSS=0V
• ?雙極性模式?：AVDD1=2.5V，AVSS=-2.5V

輸入電路包含可編程預(yù)充電緩沖器，可顯著降低外部驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載要求。輸入范圍可通過寄存器配置為±VREF(1x)或±2VREF(2x)，在低參考電壓下提供額外信號(hào)余量。

2.2 參考電壓系統(tǒng)

參考電壓輸入為差分設(shè)計(jì)(VREF = VREFP - VREFN)，支持兩個(gè)范圍：

• ?低參考范圍?：0.5V至2.75V
• ?高參考范圍?：1V至(AVDD1 - AVSS)

器件集成了參考預(yù)充電緩沖器選項(xiàng)，可降低參考輸入電流并提高系統(tǒng)精度。典型應(yīng)用中，建議使用4.096V參考電壓以獲得最佳噪聲性能。

2.3 時(shí)鐘系統(tǒng)

ADS127L21提供靈活的時(shí)鐘方案：

• ?外部時(shí)鐘模式?：最高32.768MHz
• ?內(nèi)部振蕩器?：固定25.6MHz(僅適用于DC信號(hào)測量)
• 可編程時(shí)鐘分頻器(÷1, ÷2, ÷8, ÷16)

時(shí)鐘選擇直接影響調(diào)制器采樣頻率(fMOD = fCLK/2)和最終數(shù)據(jù)速率。

三、數(shù)字濾波系統(tǒng)

ADS127L21的突出特點(diǎn)是其可編程數(shù)字濾波系統(tǒng)，提供兩種工作模式滿足不同應(yīng)用需求。

3.1 寬帶濾波器模式

專為AC信號(hào)測量優(yōu)化，特點(diǎn)包括：

• 最高512kSPS輸出數(shù)據(jù)率(最大速度模式)
• 包含Sinc5預(yù)濾波器、三個(gè)FIR階段和四雙二階IIR濾波器
• 默認(rèn)系數(shù)提供0.0004dB通帶紋波和106dB阻帶衰減
• 用戶可編程128抽頭FIR3濾波器和4個(gè)雙二階IIR濾波器

?典型性能?：

• 111.5dB動(dòng)態(tài)范圍(200kSPS)
• -125dB THD(典型)
• 0.4ppm積分非線性(典型)

3.2 低延遲濾波器模式

針對快速響應(yīng)DC測量優(yōu)化：

• 最高1.365MSPS輸出數(shù)據(jù)率
• 可配置為Sinc3或Sinc4濾波器
• 可選級聯(lián)Sinc1濾波器進(jìn)一步降低延遲
• 轉(zhuǎn)換延遲最短僅3μs(低延遲濾波器)

四、電源管理與工作模式

ADS127L21采用創(chuàng)新電源架構(gòu)實(shí)現(xiàn)高性能與低功耗平衡：

4.1 電源系統(tǒng)

• AVDD1(5V)：供電輸入緩沖器和采樣開關(guān)
• AVDD2(1.8V-5V)：通過內(nèi)部穩(wěn)壓器供電調(diào)制器
• IOVDD(1.65V-5.5V)：數(shù)字I/O和內(nèi)核電源

4.2 工作模式

1. ?最大速度模式?：33mW@512kSPS
2. ?高速模式?：26mW@400kSPS
3. ?中速模式?：14mW@200kSPS
4. ?低速模式?：4.3mW@50kSPS

器件還支持待機(jī)模式(35μA)和完全關(guān)斷模式(5μA)，適合便攜式應(yīng)用。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

憑借其卓越性能，ADS127L21非常適合以下應(yīng)用場景：

5.1 測試測量

• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)
• 聲學(xué)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量
• 功率質(zhì)量分析儀

5.2 工業(yè)自動(dòng)化

• 振動(dòng)監(jiān)測
• 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
• 過程控制

5.3 醫(yī)療設(shè)備

• 多普勒超聲
• 醫(yī)療成像系統(tǒng)
• 病人監(jiān)護(hù)設(shè)備

六、設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)

1. ?輸入驅(qū)動(dòng)?：啟用輸入預(yù)充電緩沖可降低對驅(qū)動(dòng)放大器帶寬要求
2. ?抗混疊濾波?：建議至少二階濾波器抑制fMOD頻率成分
3. ?參考設(shè)計(jì)?：使用22μF+1μF+0.1μF電容組合濾除采樣干擾
4. ?PCB布局?：分離模擬和數(shù)字地，最短化關(guān)鍵信號(hào)路徑
5. ?時(shí)鐘抖動(dòng)?：<10ps RMS抖動(dòng)保證AC性能