Texas Instruments ADS127L21 24位Δ-Σ(ΔΣ)模數轉換器 (ADC) 具有可編程數字濾波器，數據速率高達512kSPS。該ADC采用寬帶濾波器，使用低延遲濾波器時高達1365kSPS。該器件將交流性能和直流精度完美結合，功耗低。可編程無限和有限脈沖響應（IIR和FIR）數字濾波器支持自定義濾波器配置文件，例如A加權補償和頻率凹槽濾波器。寬帶或低延遲濾波器選項可優化直流信號的交流信號性能或數據吞吐量，均集成在一個器件中。

數據手冊：*附件：Texas Instruments ADS127L21 24位三角積分 (ΔΣ) 模數轉換器數據手冊.pdf

該低漂移調制器可實現出色的直流精度和低寬帶噪聲，從而實現出色的交流性能。該電源可擴展架構具有四種速度模式，可優化數據速率、分辨率和功耗。信號和基準輸入緩沖器可降低驅動器負載，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線路數量。SPI輸入數據和寄存器存儲器內容由循環冗余校驗 (CRC) 驗證，以提高運行可靠性。小型3mm × 3mm WQFN封裝設計用于空間受限的應用。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
• 可編程數據速率
  • 寬帶濾波器：512kSPS
  • 低延遲濾波器：1.365MSPS
• 轉換延遲（低延遲濾波器）：3μs
• 交流精度，直流精度
  • 動態范圍（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
• 內部或外部時鐘運行
• 支持功能安全
  • 來輔助功能安全系統設計的文檔

功能框圖

德州儀器ADS127L21高精度24位ΔΣ模數轉換器技術解析

一、產品概述

德州儀器(TI)的ADS127L21是一款高性能24位三角積分(ΔΣ)模數轉換器(ADC)，具有可編程數字濾波器特性，專為要求苛刻的工業測量應用而設計。該器件在2023年3月發布并于2025年8月修訂，代表了TI在精密數據轉換領域的最新成果。

?關鍵特性?：

• 可編程FIR和IIR數字濾波器
• 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精度結合
• 四種可調節速度模式優化功耗
• 寬輸入范圍：±VREF或±2VREF
• 帶緩沖的輸入和參考輸入
• 支持內部或外部時鐘操作
• 功能安全能力認證

二、核心架構與工作原理

ADS127L21采用先進的ΔΣ調制器架構，結合可配置的數字濾波系統，實現了高分辨率與寬帶寬的完美平衡。

2.1 模擬前端設計

器件采用全差分輸入結構，支持單極性和雙極性信號輸入配置：

• ?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充電緩沖器，可顯著降低外部驅動器的負載要求。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余量。

2.2 參考電壓系統

參考電壓輸入為差分設計(VREF = VREFP - VREFN)，支持兩個范圍：

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

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

2.3 時鐘系統

ADS127L21提供靈活的時鐘方案：

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

時鐘選擇直接影響調制器采樣頻率(fMOD = fCLK/2)和最終數據速率。

三、數字濾波系統

ADS127L21的突出特點是其可編程數字濾波系統，提供兩種工作模式滿足不同應用需求。

3.1 寬帶濾波器模式

專為AC信號測量優化，特點包括：

• 最高512kSPS輸出數據率(最大速度模式)
• 包含Sinc5預濾波器、三個FIR階段和四雙二階IIR濾波器
• 默認系數提供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個雙二階IIR濾波器

?典型性能?：

• 111.5dB動態范圍(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DC測量優化：

• 最高1.365MSPS輸出數據率
• 可配置為Sinc3或Sinc4濾波器
• 可選級聯Sinc1濾波器進一步降低延遲
• 轉換延遲最短僅3μs(低延遲濾波器)

四、電源管理與工作模式

ADS127L21采用創新電源架構實現高性能與低功耗平衡：

4.1 電源系統

• AVDD1(5V)：供電輸入緩沖器和采樣開關
• AVDD2(1.8V-5V)：通過內部穩壓器供電調制器
• IOVDD(1.65V-5.5V)：數字I/O和內核電源

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

器件還支持待機模式(35μA)和完全關斷模式(5μA)，適合便攜式應用。

五、應用領域

憑借其卓越性能，ADS127L21非常適合以下應用場景：

5.1 測試測量

• 數據采集系統(DAQ)
• 聲學和動態應變測量
• 功率質量分析儀

5.2 工業自動化

• 振動監測
• 狀態監測系統
• 過程控制

5.3 醫療設備

• 多普勒超聲
• 醫療成像系統
• 病人監護設備

六、設計考慮要點

1. ?輸入驅動?：啟用輸入預充電緩沖可降低對驅動放大器帶寬要求
2. ?抗混疊濾波?：建議至少二階濾波器抑制fMOD頻率成分
3. ?參考設計?：使用22μF+1μF+0.1μF電容組合濾除采樣干擾
4. ?PCB布局?：分離模擬和數字地，最短化關鍵信號路徑
5. ?時鐘抖動?：<10ps RMS抖動保證AC性能