ADS131M04-Q1 是一款四通道、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：ads131m04-q1.pdf

器件中集成了低漂移的 1.2V 基準電壓源，從而減少了印刷電路板 （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
• 4 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：
  • 電源斜坡 0.5 ms 內的第一個數據
• 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
• CRC on communications 和 register map
• 模擬和數字電源：2.7 V 至 3.6 V
• 低功耗：3.3 mW（3V AVDD 和 DVDD）
• 封裝：20引腳TSSOP

參數

方框圖

一、產品核心定位

ADS131M04-Q1 是德州儀器（TI）推出的 汽車級四通道同步采樣 24 位 ΔΣ 模數轉換器（ADC） ，專為汽車電池管理系統（BMS）、電動汽車充電樁及儲能系統設計。其核心優勢在于高動態范圍、低功耗及多通道同步采集能力，可在 - 40°C 至 + 125°C 的汽車級寬溫范圍內穩定工作，符合 AEC-Q100 1 級溫度標準，且具備功能安全設計支持，適配汽車電子安全關鍵場景。

二、關鍵特性

1. 汽車級與功能安全特性

• AEC-Q100 認證 ：溫度等級 1（-40°C 至 + 125°C），滿足汽車電子嚴苛的可靠性與環境適應性要求。
• 功能安全支持 ：提供配套文檔輔助功能安全系統設計，可用于需滿足功能安全標準的汽車電子應用（如 BMS）。

2. 多通道同步采集能力

• 四通道差分輸入 ：4 路同步采樣差分通道，通道間串擾低至 - 120dB，避免多通道采集時的信號干擾，適配多參數同時監測（如電池電流、電壓、溫度）。
• 靈活可編程參數 ：
  • 數據速率 ：最高 64 kSPS（高分辨率模式，CLKIN=8.192 MHz），支持低功耗（LP）、極低功耗（VLP）模式，數據速率隨模式降低（如 VLP 模式最高 16 kSPS）。
  • 增益調節 ：集成可編程增益放大器（PGA），增益范圍 1-128 倍，可放大微弱傳感器信號（如電流分流電阻電壓）。
  • 相位校準 ：通道間相位延遲校準分辨率達 244 ns（CLKIN=8.192 MHz），可補償不同傳感器的相位差異（如電流互感器與電壓分壓網絡的相位差）。

3. 高精度與低噪聲性能

• 動態范圍 ：增益 = 1、4 kSPS 時達 102 dB，增益 = 64、4 kSPS 時達 80 dB，總諧波失真（THD）低至 - 100 dB，保證信號采集精度。
• 高輸入阻抗 ：增益 = 1/2/4 時輸入阻抗 330 kΩ，增益≥8 時≥1 MΩ，可直接連接傳感器，無需額外緩沖電路，減少信號衰減。
• 低漂移參考電壓 ：集成 1.2 V 內部參考電壓，溫度漂移低至 7.5-20 ppm/°C，避免外部參考電路引入的誤差，簡化 PCB 設計。

4. 靈活的輸入與電源設計

• 寬輸入范圍 ：集成負電荷泵，支持輸入信號低于地電位（最低 AGND-1.3 V），適配單電源下的雙極性信號測量（如電池充放電電流）。
• 電源兼容性 ：模擬電源（AVDD）與數字電源（DVDD）均支持 2.7-3.6 V，高分辨率模式下總功耗僅 3.3 mW（3 V 供電），適配汽車低功耗場景。

5. 通信與可靠性保障

• SPI 接口 ：SPI 兼容接口（支持 16/24/32 位數據寬度），配備 DRDY（數據就緒）、SYNC/RESET（同步 / 復位）引腳，方便多器件同步與數據交互。
• CRC 校驗 ：支持通信數據（輸入 / 輸出）與寄存器映射的 16 位 CRC 校驗（CCITT/ANSI 兩種多項式），防止數據傳輸錯誤，提升通信可靠性。

三、典型應用場景

1. 汽車電池管理系統（BMS） ：
   • 低側電流分流電阻測量（雙向電池充放電電流）。
   • 高壓電池包電壓測量（通過外部電阻分壓）。
   • 溫度傳感器（熱敏電阻、模擬輸出溫度傳感器）信號采集。
2. 電動汽車（EV）充電樁 ：直流 / 交流電能計量（e-metering）。
3. 儲能系統（ESS） ：多通道電流、電壓監測與電能計量。

四、器件信息與訂購參數

1. 基礎器件信息

2. 訂購選項詳情

五、電氣與 Thermal 特性（關鍵參數）

1. 絕對最大額定值（部分核心參數）

2. 推薦工作條件

3. Thermal 特性（TSSOP 封裝）

六、功能模式與關鍵模塊

1. 核心功能模式

• 連續轉換模式 ：ADC 以固定數據率（fMOD/OSR）持續生成數據，適配交流信號測量（如動態電流），新數據由 DRDY 引腳下降沿指示。
• 全局斬波模式（Global-Chop） ：周期性交換輸入極性，降低器件固有偏移誤差與漂移，適配高精度直流信號測量（如靜態電流、電壓），但會增加轉換時間。
• 低功耗模式 ：支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、極低功耗（VLP）三種模式，通過調整時鐘頻率與偏置電流平衡性能與功耗。
• 待機模式 ：關閉非必要電路（參考電壓、ADC 通道），僅保留寄存器配置，功耗低至 0.3 μA，適配休眠場景。
• 電流檢測模式 ：低功耗下采集指定數量樣本，與閾值比較實現過流 / 短路檢測，觸發后通過 DRDY 通知主機并返回待機模式。

2. 關鍵模塊解析

• ΔΣ 調制器 ：過采樣頻率 fMOD=CLKIN/2，通過噪聲整形將量化噪聲推至高頻，提升有效分辨率。
• 數字濾波器 ：采用 sinc3+sinc1 結構，支持 8 種過采樣率（OSR=64-16384），可配置濾波帶寬與 settling 時間，適配不同精度需求。
• 校準寄存器 ：每通道獨立的偏移（OCAL）與增益（GCAL）校準寄存器，24 位校準系數，自動補償系統誤差，寄存器默認值無校準效果（OCAL=0，GCAL=1）。
• DC 阻斷濾波器 ：可選高通濾波器，消除直流偏移與低頻噪聲，cutoff 頻率可通過寄存器配置（最低 9.7 mHz），支持通道獨立使能。