該ADS131M02是一款雙通道、同步采樣、24 位、三角積分 （ΔΣ）、模數轉換器 （ADC），具有寬動態范圍、低功耗和能量測量特定功能，非常適合電能計量、功率計量和斷路器應用。ADC輸入可直接連接至電阻分壓器網絡或電源變壓器以測量電壓，或連接電流互感器、分流器或羅氏線圈以測量電流。

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：ads131m02.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 封裝或無引腳 20 引腳 WQFN 封裝，額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。

特性

• 2 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：
  • 輸入阻抗為330 kΩ，增益為1、2和4
  • 輸入阻抗為≥1 MΩ，增益為8、16、32、64和128
• 可編程通道間相位延遲校準：
  • 244 ns 分辨率，8.192 MHz f克金
• 電流檢測模式允許極低功耗的篡改檢測
• 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）
• 2.7V 至 3.6V 模擬和數字電源
• 低功耗：3V AVDD 和 DVDD 時為 2.3 mW
• 封裝：20引腳TSSOP或20引腳WQFN
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +125°C

參數

方框圖

ADS131M02 是德州儀器推出的 2 通道同步采樣 24 位 ΔΣ ADC，核心優勢為高動態范圍、可編程增益與低功耗特性，專為電能計量、斷路器、保護繼電器等電力相關場景設計，支持直接連接傳感器實現電壓、電流精準測量。

核心參數與特性

• 分辨率與采樣：24 位分辨率無失碼，同步采樣 2 路差分輸入；可編程采樣率最高 64 kSPS，支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、極低功耗（VLP）三種功率模式。
• 增益與輸入：可編程增益 1-128 倍，增益≥8 時輸入阻抗≥1 MΩ，增益≤4 時為 330 kΩ；集成負電荷泵，支持輸入信號低于地電位測量。
• 動態性能：增益 = 1、4 kSPS 時動態范圍 102 dB，THD 低至 - 100 dB，通道間串擾 - 120 dB；輸入失調誤差典型值 ±175 μV，增益漂移 1 ppm/°C。
• 供電與封裝：模擬 / 數字供電 2.7V-3.6V，功耗低至 2.3 mW（3V 供電）；工作溫度–40°C 至 + 125°C，提供 20 引腳 TSSOP（6.5mm×4.4mm）和 WQFN（3mm×3mm）封裝。
• 接口與校準：SPI 接口（支持 16/24/32 位字長），帶 CRC 通信校驗；支持通道間相位延遲校準（244ns 分辨率）、偏移與增益校準。

關鍵功能設計

• 信號鏈架構：ΔΣ 調制器 + 數字抽取濾波器，支持 64-16384 倍過采樣（OSR），可通過調整 OSR 平衡噪聲與響應速度；內置 1.2V 低漂移參考源。
• 靈活校準：獨立通道偏移（OCAL）和增益（GCAL）校準寄存器，支持實時誤差修正；全局斬波模式（Global-Chop）可降低失調誤差與漂移。
• 監控與保護：集成寄存器映射 CRC 校驗，SPI 通信 CRC 錯誤檢測；支持電流檢測模式，適用于低功耗防篡改場景。
• 同步與控制：SYNC/RESET 引腳支持多器件同步或硬件復位；DRDY 引腳指示數據就緒，可配置輸出格式（電平 / 脈沖）。

典型應用場景

• 電能計量：商用 / 民用電表、電能質量分析儀，實現電壓 / 電流同步采樣與功率計算。
• 電力保護：斷路器、保護繼電器，快速捕捉電力信號異常并觸發保護機制。
• 電池相關：電池測試設備、電池管理系統（BMS），精準測量電池充放電電流與電壓。

設計與使用建議

• 電源與去耦：AVDD 和 DVDD 需分別并聯 1 μF 去耦電容，CAP 引腳（LDO 輸出）需接 220 nF 電容到 DGND；模擬地與數字地就近單點連接，減少干擾。
• 輸入配置：模擬輸入建議添加 RC 低通濾波器抑制混疊；根據增益選擇合適的驅動電路，確保源阻抗匹配以優化失真性能。
• 布局注意：采用獨立接地平面，模擬信號與數字信號分區域布線；時鐘信號需減少過沖與毛刺，長距離傳輸需終端匹配。
• 校準與同步：上電后建議進行偏移與增益校準，校準值存儲于非易失性存儲器；多器件同步需同步 CLKIN 時鐘并觸發 SYNC 信號。