ADS131M03-Q1 是一款三通道、同步采樣、24 位、三角積分 （ΔΣ） 模數轉換器 （ADC），提供寬動態范圍和低功耗，使該器件專為汽車電池管理系統 （BMS） 而設計。ADC輸入可直接連接至分流電阻器，用于雙向電池電流測量，可直接連接至電阻分壓器網絡，用于高壓測量，或與溫度傳感器（如熱敏電阻或模擬輸出溫度傳感器）連接。

可以根據傳感器輸入獨立配置各個ADC通道。低噪聲、可編程增益放大器 （PGA） 提供 1 至 128 的增益范圍，以放大低電平信號。此外，該器件還集成了通道間相位校準以及失調和增益校準寄存器，以幫助消除信號鏈誤差。
*附件：ads131m03-q1.pdf

器件中集成了低漂移的 1.2V 基準電壓源，可減少印刷電路板 （PCB） 面積。數據輸入、數據輸出和寄存器映射上的可選循環冗余校驗 （CRC） 可保持通信完整性。

完整的模擬前端 （AFE） 采用 20 引腳 TSSOP 封裝，額定溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。

特性

• 符合 AEC-Q100 標準，適用于汽車應用：
  • 溫度等級 1：–40°C 至 +125°C，T一個
• 功能安全功能
  • 可用于幫助功能安全系統設計的文檔
• 3 個同時采樣差分輸入
• 可編程數據速率高達 64 kSPS
• 可編程增益高達 128
• 噪音表現：
  • 增益 = 1， 4 kSPS 時的 102 dB 動態范圍
  • 增益 = 64、4 kSPS 時的 80 dB 動態范圍
• 總諧波失真：–100 dB
• 用于直接傳感器連接的高阻抗輸入：
  • 330kΩ輸入阻抗，增益為1、2和4
  • ≥ 1MΩ輸入阻抗，增益為8、16、32、64和128
• 可編程通道間相位延遲校準：
  • 分辨率 = 244 ns，f 克金 = 8.192兆赫
• 快速啟動：在電源斜坡后 0.5 毫秒內獲得第一個數據
• 集成負電荷泵允許輸入信號低于地
• 通道間串擾：–120 dB
• 低漂移內部基準電壓源
• 通信和寄存器映射上的循環冗余校驗 （CRC）
• 模擬和數字電源：2.7 V 至 3.6 V
• 低功耗：3.6 mW（3V AVDD 和 DVDD）
• 封裝：20引腳TSSOP

參數

方框圖

一、產品定位與核心屬性

ADS131M03-Q1 是德州儀器推出的 車規級三通道同步采樣模數轉換器（ADC） ，符合 AEC-Q100 1 級標準（工作溫度 - 40°C 至 + 125°C），專為汽車電池管理系統（BMS）、充電樁、儲能系統等高精度信號采集場景設計。其核心優勢在于 24 位高分辨率、低噪聲（102 dB 動態范圍 @增益 1、4 kSPS）與靈活的功率控制，支持最高 64 kSPS 采樣率，采用 20 引腳 TSSOP（6.5mm×4.4mm）封裝，可直接連接分流電阻、電阻分壓網絡或溫度傳感器，實現電池電流、電壓、溫度的同步監測，同時具備功能安全設計文檔，適配汽車電子安全關鍵場景。

二、關鍵性能參數

1. 精度與線性度

• 分辨率與完整性 ：24 位無缺失碼，支持 16/24/32 位輸出格式（32 位可選零填充或符號擴展），適配不同后端處理需求。
• 線性誤差 ：積分非線性（INL）典型值 ±6 ppm FSR，偏移誤差（輸入基準）全局斬波模式下通道 0±35 μV、通道 1-2±15 μV，偏移漂移 200 nV/°C，溫漂特性優異，寬溫環境下精度穩定。
• 增益特性 ：增益范圍 1-128 可編程，增益誤差 ±0.1% FSR，增益漂移（含內部基準）8.5 ppm/°C，1000 小時 85°C 老化測試增益誤差變化≤400 ppm，長期穩定性強。

2. 動態性能（典型值，AVDD=3V，f_CLKIN=8.192 MHz，增益 1）

• 信噪比（SNR） ：50/60 Hz 輸入、-0.5 dBFS 時 100 dB，增益 64 時 79 dB，低噪聲特性保障微弱信號（如分流電阻電壓）采集精度。
• 無雜散動態范圍（SFDR） ：50/60 Hz 輸入時 105 dBc，有效抑制電源噪聲與外部干擾，適配汽車電子復雜電磁環境。
• 總諧波失真（THD） ：-100 dB（50/60 Hz 輸入，含 50 次諧波），低失真特性減少信號非線性誤差。
• 噪聲譜密度（NSD） ：輸入基準噪聲 5.35 μVrms（4 kSPS），快速啟動時 1.5 mVRMS，為微小電流（如 55 mA@35 μΩ 分流電阻）檢測提供基礎。
• 共模抑制比（CMRR） ：直流時 100 dB，50/60 Hz 時 94 dB，電源抑制比（PSRR）AVDD 直流 75 dB、DVDD 直流 88 dB，抗共模干擾與電源噪聲能力強。

3. 功耗與接口特性

• 功耗控制 ：支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、極低功耗（VLP）三種模式，HR 模式（8.192 MHz 時鐘）功耗 3.6 mW（3V 供電），VLP 模式（2.048 MHz 時鐘）降至 2.7 mW，適配電池供電場景的低功耗需求。
• 輸入特性 ：增益 1/2/4 時輸入阻抗 330 kΩ，增益 8-128 時≥1 MΩ，支持直接連接高阻抗傳感器；集成負壓電荷泵，允許輸入信號低于地電位 1.3 V，適配雙向電流（充電 / 放電）測量。
• 采樣與延遲 ：三通道同步采樣，最高 64 kSPS 采樣率，數字濾波器（sinc3） settling 時間隨過采樣率（OSR）變化（如 OSR=64 時 728 個 CLKIN 周期），最快 0.5 ms 啟動（電源 ramp 至首條有效數據）。

三、硬件設計關鍵信息

1. 引腳功能與配置

• 模擬輸入 ：三對差分輸入（AIN0P/AIN0N、AIN1P/AIN1N、AIN2P/AIN2N），共模電壓由內部生成，支持 AC/DC 耦合，滿量程輸入范圍 ±1.2 V/Gain（如增益 8 時 ±150 mV）。
• 電源引腳 ：AVDD（引腳 1，模擬 3.3V）、DVDD（引腳 20，數字 3.3V），需獨立供電避免數字噪聲耦合；AGND（引腳 2）、DGND（引腳 19）單點連接，降低接地噪聲；CAP 引腳（引腳 18）為內部 LDO 輸出，需外接 220 nF 電容至 DGND。
• 控制與通信引腳 ：
  • SPI 接口：CS（引腳 12，片選低有效）、SCLK（引腳 14，時鐘）、DIN（引腳 16，數據輸入）、DOUT（引腳 15，數據輸出），支持 20 MHz 最高時鐘，16 位 CRC 校驗（輸入可選、輸出強制）。
  • 同步 / 復位：SYNC/RESET（引腳 11，低有效，可配置同步或硬件復位）、DRDY（引腳 13，數據就緒低有效，支持推挽 / 開漏輸出）。

2. 時鐘與電源設計

• 時鐘輸入 ：CLKIN 引腳（引腳 17）支持 0.3-8.4 MHz LVCMOS 時鐘，HR 模式推薦 8.192 MHz、LP 模式 4.096 MHz、VLP 模式 2.048 MHz，占空比 40%-60%，高擺率時鐘可降低孔徑抖動（典型值未明確，需搭配低抖動晶振）。
• 電源方案 ：AVDD 與 DVDD 推薦 “開關電源 + LDO” 組合（如 TPS62821+TPS7A4701），各電源引腳就近放置 1 μF 陶瓷旁路電容，CAP 引腳需 220 nF 濾波電容，避免 LDO 噪聲影響模擬電路。

3. 數字接口與數據處理

• SPI 通信 ：支持 16/24/32 位字長，全雙工模式，幀超時保護（32768 個 CLKIN 周期），保障通信穩定性；輸入 CRC（CCITT/ANSI 可選）檢測錯誤，寄存器映射 CRC 實時監控配置完整性，適配功能安全需求。
• 數據格式 ：二進制補碼（默認）或偏移二進制，DRDY 信號支持電平（低有效）或脈沖模式，可通過 DRDY_SEL 配置觸發源（滯后通道 / 所有通道 / 超前通道），適配多通道同步數據讀取。

四、功能模塊與配置

1. 模擬前端優化

• 可編程增益放大器（PGA） ：每通道獨立配置增益 1-128，增益 8 及以上時啟用輸入預充電緩沖，提升輸入阻抗至≥1 MΩ，適配高阻抗傳感器（如熱敏電阻）直接連接；增益 1-4 時輸入阻抗 330 kΩ，需注意驅動電路輸出阻抗匹配（推薦≤1 kΩ）。
• 全局斬波模式（Global-Chop） ：通過寄存器 GC_EN 啟用，周期性交換輸入極性，抵消內部電路偏移誤差，偏移噪聲降低√2 倍，適合直流或低頻信號（如電池電壓）高精度測量，但會增加轉換延遲（首幀轉換周期≈3×OSR×t_MOD+44×t_MOD）。
• 直流阻斷濾波器（DC Block） ：每通道獨立使能，截止頻率通過 DCBLOCK [3:0] 配置（如 1/64 時 10 Hz@4 kSPS），可消除系統偏移或低頻噪聲，適配交流信號（如紋波電流）采集。

2. 數字功能配置

• 過采樣與濾波 ：支持 OSR 64-16384 可調，數字濾波器為 sinc3 結構，OSR=1024 時 - 3 dB 帶寬≈2 kHz（4 kSPS），同時具備快速建立濾波器（上電 / 復位后前兩幀），平衡速度與噪聲性能。
• 通道相位校準 ：每通道 10 位相位偏移調節（分辨率 244 ns@8.192 MHz），范圍 - OSR/2 至 OSR/2-1（OSR>1024 時限制 - 512 至 511），可補償不同傳感器（如電壓 divider 與電流分流器）的相位差，提升功率計算精度。
• 校準寄存器 ：每通道含 24 位偏移（OCAL）與增益（GCAL）校準寄存器，偏移校準通過減去 OCAL 值實現，增益校準通過乘以 GCAL 因子（范圍 0-2）實現，校準系數需存儲于外部非易失性存儲器，上電后重新配置。

3. 低功耗與安全模式

• 功耗模式 ：HR 模式（2.7 mA AVDD 電流）、LP 模式（1.5 mA）、VLP 模式（0.8 mA），可通過 CLOCK 寄存器 PWR [1:0] 切換，適配不同采樣率與功耗需求；待機模式（STANDBY 命令）功耗降至 0.3 μA，僅保留寄存器配置。
• 電流檢測模式 ：待機模式下觸發，內部振蕩器采樣（無需外部時鐘），比較采樣值與閾值（CD_THRSH [23:0]），超過閾值次數達標后通過 DRDY 通知主機，適配電池篡改檢測等低功耗監控場景。