ADS1014L和ADS1015L （ADS101xL） 是精密、低功耗、12 位、I2C 兼容的模數轉換器 （ADC），采用超小型 12 引腳 DSBGA 和 10 引腳 VSSOP 封裝。ADS101xL 集成了一個低漂移基準電壓源和一個振蕩器。ADS101xL 還集成了一個可編程增益放大器 （PGA） 和一個數字比較器。這些功能以及器件寬工作電源范圍適用于功率和空間受限的傳感器測量應用。

ADS101xL 以高達每秒 3300 個樣本 （SPS） 的數據速率執行轉換。PGA 提供 ±256 mV 至 ±6.144 V 的輸入范圍，可實現精確的大信號和小信號測量。該ADS1015L具有輸入多路復用器（MUX），允許兩個差分或四個單端輸入測量。使用 ADS101xL 中的數字比較器進行欠壓和過壓檢測。
*附件：ads1014l.pdf

特性

• 無噪聲分辨率：12 位
• 電源電壓范圍：2.0 V 至 3.6 V
• 低電流消耗：
  • 150 μA（連續轉換模式）
• 可編程數據速率：128 SPS至3.3 kSPS
• 單周期穩定
• 內部低漂移基準電壓源
• 內部振蕩器
• 帶ALERT輸出引腳的數字比較器
• I2C接口：
  • 四個引腳可選地址
  • 與 1.8V I2C 總線電壓兼容
• 工作溫度范圍：
  • –40°C 至 +125°C

參數

方框圖

ADS1014L/ADS1015L 是德州儀器（TI）推出的 超小型、低功耗、12 位精度模數轉換器（ADC）家族 ，核心優勢為集成可編程增益放大器（PGA）、數字比較器、內部基準電壓源與振蕩器，支持 I2C 高速接口（兼容 1.8V 總線電壓），適配系統監測、可穿戴設備、個人電子產品等對尺寸、功耗、精度有嚴苛要求的場景，工作溫度覆蓋 -40°C~+125°C，兼具高性能與環境適應性。

一、核心特性與器件分類

1. 共性核心特性

• 精度與采樣性能 ：
  • 分辨率：12 位（無失碼），積分非線性（INL）最大 0.5 LSB，偏移誤差 ±0.5 LSB，確保高精度測量；
  • 采樣率：可編程 128~3300 SPS（3.3 kSPS 最高），單周期穩定，轉換時間 = 1 / 采樣率（如 3300 SPS 對應～303 μs 轉換時間）；
  • 輸入范圍：PGA 支持 ±0.256V~±6.144V 全量程（FSR），適配大小信號測量（如 ±2.048V 對應 LSB 為 62.5 μV）。
• 低功耗與小尺寸 ：
  • 功耗：連續轉換模式下典型 150 μA，掉電模式僅 1.2 μA，3.3V 供電時功率 dissipation 約 0.5 mW，適配電池供電設備；
  • 封裝：提供 12 引腳 DSBGA（1.47mm×1.03mm）與 10 引腳 VSSOP（3.00mm×4.9mm）兩種超小型封裝，節省 PCB 空間。
• 集成功能 ：
  • 模擬前端：ADS1015L 含輸入多路復用器（MUX），支持 2 路差分或 4 路單端輸入；ADS1014L 支持 1 路差分或 1 路單端輸入；
  • 數字比較器：帶 ALERT/RDY 輸出引腳，支持傳統比較器（過壓 / 欠壓檢測）與窗口比較器模式，可配置鎖存功能與觸發次數（1/2/4 次超限觸發）；
  • 輔助功能：內部低漂移電壓基準（無需外部基準）、1 MHz 振蕩器（無需外部時鐘），集成溫度傳感器（間接監測環境溫度）。
• 接口與可靠性 ：
  • I2C 接口：支持標準模式（100 kHz）與快速模式（400 kHz），4 種引腳可選地址（ADDR 接 GND/VDD/SDA/SCL），兼容 1.8V I2C 總線電壓；
  • 錯誤檢測：32 位校驗和（Checksum）檢測 SPI 寫入錯誤，I2C 超時復位（25 ms 空閑自動復位）；
  • 防護：ESD 防護等級 HBM ±2000V、CDM ±500V，滿足工業級可靠性要求。

2. 器件分類（按通道數）

兩型號核心差異在于輸入通道數量與多路復用器（MUX）配置，具體如下表：

二、封裝與引腳功能

1. 封裝參數

2. 關鍵引腳分類與功能

（1）VSSOP 封裝（10 引腳）

（2）DSBGA 封裝（12 引腳）

• 核心功能與 VSSOP 一致，引腳分布更緊湊：VDD 對應 C1/C2 引腳，GND 對應 B2/B3 引腳，AIN0/AIN1 對應 B1/A1 引腳，其余引腳（如 ADDR 對應 D2）功能與 VSSOP 一一對應，需注意 PCB 焊盤與鋼網設計（推薦 0.125mm 鋼網厚度）。

三、電氣規格與性能指標

1. 電源與功耗（典型值，TA=25°C，VDD=3.3V）

2. 模擬輸入特性（TA=25°C，FSR=±2.048V）

3. 動態性能指標（TA=25°C，FSR=±2.048V，采樣率 = 128 SPS）

四、核心功能與工作模式

1. 輸入配置與 PGA 功能

• 輸入模式 ：
  • 差分輸入：ADS1014L 僅支持 AIN0-AIN1 差分；ADS1015L 支持 AIN0-AIN1、AIN0-AIN3、AIN1-AIN3、AIN2-AIN3 四種差分組合，共模抑制比高，適配噪聲敏感場景；
  • 單端輸入：ADS1014L 需 AIN1 接 GND；ADS1015L 通過 MUX 配置（如 AIN0-GND、AIN1-GND 等），僅用正半量程（0~FSR），適合多通道電壓監測。
• PGA 配置 ：
  • 由 Configuration 寄存器 PGA [2:0] 位設置 FSR，如 010b 對應 ±2.048V、101b 對應 ±0.256V；
  • 注意：FSR 超過 VDD 時（如 VDD=3.3V 選 FSR=±4.096V），實際測量范圍限為 ±VDD，無法達到滿量程輸出碼。

2. 轉換模式

（1）單 - shot 模式（默認掉電模式）

• 觸發方式：向 Configuration 寄存器 OS 位寫 1b 觸發單次轉換，轉換完成后自動進入掉電模式；
• 適用場景：周期性測量（如每秒 1 次），顯著降低功耗（例：3300 SPS 單 - shot 模式，每 7.8ms 觸發 1 次，功耗僅為連續模式的 1/25）。

（2）連續轉換模式

• 配置方式：Configuration 寄存器 MODE 位設 0b，轉換完成后立即啟動下一次轉換；
• 數據讀取：可隨時讀取 Conversion 寄存器，始終為最新轉換結果，適配高頻次監測（如實時電流采樣）。

3. 數字比較器功能

• 工作模式 ：
  • 傳統比較器：ALERT/RDY 引腳在轉換值超 Hi_thresh 時斷言（默認低有效），低于 Lo_thresh 時解除；
  • 窗口比較器：ALERT/RDY 在轉換值超 Hi_thresh 或低于 Lo_thresh 時斷言；
• 配置選項 ：
  • 鎖存功能（COMP_LAT）：斷言后保持，需讀取 Conversion 寄存器或 SMBus 警報響應清除；
  • 觸發次數（COMP_QUE）：可設 1/2/4 次連續超限觸發，避免誤報；
  • 極性（COMP_POL）：支持 active low/high 輸出，適配不同系統電平要求。

4. I2C 接口與寄存器配置

（1）I2C 通信特性

• 地址選擇：4 種可選地址（0x48~0x4B），通過 ADDR 引腳連接方式決定；
• 速率與時序：支持標準模式（100 kHz）與快速模式（400 kHz），SCL 高電平最小 4.0 μs（標準模式）/600 ns（快速模式），SDA 建立時間最小 0.25 μs（標準模式）/100 ns（快速模式）；
• 超時復位：I2C 通信空閑 25 ms 自動復位接口，需重新發送 START 條件恢復。

（2）核心寄存器

五、應用設計建議

1. 典型應用場景

• 系統監測 ：電源電壓監測（如 1.8V/3.3V rail）、電流測量（配合分流電阻）、溫度測量（配合熱敏電阻或溫度傳感器 IC）；
• 可穿戴設備 ：心率監測、血氧傳感器信號采集（低功耗 + 小尺寸適配）；
• 個人電子產品 ：電池電量監測、環境光傳感器信號轉換。

2. 硬件設計建議

（1）電源與去耦

• 電源設計：VDD 推薦 2.0~3.3V，需與數字電源隔離，避免噪聲耦合；
• 去耦配置：VDD 引腳旁并 0.1μF 多層陶瓷電容（MLCC，0402 封裝）到 GND，距離不超過 2mm，無過孔連接以降低寄生電感。

（2）輸入電路設計

• 差分輸入：AINP/AINN 布線長度匹配（差異 <0.5mm），遠離數字信號線（如 SCL/SDA），避免共模噪聲；
• 單端輸入：AINN 接 GND 需短而粗（阻抗 <1Ω），輸入串 100Ω 限流電阻（防止過壓損壞）；
• 濾波建議：輸入并 RC 低通濾波器（如 100Ω+0.47μF），截止頻率設為采樣率的 1~10 倍，抑制 alias 噪聲。

（3）I2C 總線設計

• 上拉電阻：SCL/SDA 接 1kΩ~10kΩ 上拉電阻（400 kHz 速率選 2.2kΩ，100 kHz 選 4.7kΩ），總線電容 ≤400 pF；
• 多器件連接：同一 I2C 總線最多接 4 個 ADS101xL（用不同 ADDR 配置），長距離布線需降低上拉電阻值（如 1m 線長選 1kΩ）。