ADS1287器件是一款低功耗模數轉換器 （ADC），集成了可編程增益放大器 （PGA） 和有限脈沖響應 （FIR） 數字濾波器。該ADC適用于地震設備的苛刻需求，需要低功耗的精密數字化。

該ADC具有可編程增益、高阻抗互補金屬氧化物半導體（CMOS）放大器，適用于在寬輸入信號范圍（±2.5 V至±0.156 V）上將檢波器和水聽器傳感器直接連接到ADC。
*附件：ads1287.pdf

ADC集成了一個四階、固有穩定的δ-Σ（ΔΣ）調制器。調制器數字輸出由內部FIR數字濾波器濾波和抽取，以產生ADC轉換結果。

FIR 數字濾波器提供高達每秒 1000 個樣本 （SPS） 的數據速率。高通濾波器 （HPF） 從轉換結果中去除直流和低頻分量。片內增益和失調縮放寄存器支持系統校準。

放大器、調制器和數字濾波器在高分辨率模式下的功耗為 4.5 mW（在低功耗模式下為 2.4 mW）。該ADC采用緊湊的5mm×4mm VQFN封裝。ADC在–40°C至+85°C溫度范圍內完全額定。

特性

• 可選作模式
• 高分辨率模式：
  • 信噪比：113 dB（1000 SPS，增益 = 1）
  • 功率：4.5 毫瓦
• 低功耗模式：
  • 信噪比：110 dB（1000 SPS，增益 = 1）
  • 功率：2.4 毫瓦
• 總諧失真：–115 分貝
• CMRR：115 分貝
• 高阻抗 CMOS PGA
  • 增益 1、2、4、8 和 16
• 數據速率：62.5 SPS 至 1000 SPS
• 靈活的數字濾波器：
  • Sinc + FIR + IIR（可選）
  • 線性和最小相位響應
  • 可編程高通濾波器
• 失調和增益校準
• 同步控制
• SPI 兼容接口
• 模擬電源：5 V 或 ±2.5 V
• 數字電源：2.5 V 至 3.3 V

參數

方框圖

ADS1287 是德州儀器推出的低功耗、高分辨率 ΔΣ 模數轉換器（ADC），集成可編程增益放大器（PGA）與靈活數字濾波器，專為能源勘探、被動地震監測、便攜式儀器等對精度與功耗要求嚴苛的場景設計，文檔版本為 SBAS778B，首次發布于 2017 年 6 月，2019 年 8 月修訂，包含完整技術參數、功能說明、應用方案及封裝信息。

一、核心特性與關鍵參數

（一）基礎性能

• 分辨率與精度 ：支持 31 位有效分辨率（FIR 濾波模式），數據速率覆蓋 62.5 SPS - 1000 SPS；總諧波失真（THD）低至 -115 dB，共模抑制比（CMRR）達 115 dB，無雜散動態范圍（SFDR）超 115 dB，寬溫范圍內（-40°C 至 +85°C）性能穩定。
• 雙工作模式 ：
  • 高分辨率模式 ：1000 SPS、增益 = 1 時，信噪比（SNR）113 dB，功耗 4.5 mW，適配高精度測量場景；
  • 低功耗模式 ：1000 SPS、增益 = 1 時，SNR 110 dB，功耗 2.4 mW，平衡精度與功耗需求。
• 可編程增益與輸入 ：集成高阻抗 CMOS PGA，增益可選 1/2/4/8/16 倍，支持 ±2.5 V 至 ±0.156 V 差分輸入范圍，可直接連接地震檢波器、水聽器等傳感器。

（二）電源與環境適應性

• 供電靈活：模擬電源（AVDD/AVSS）支持雙極性 ±2.5 V 或單極性 5 V，數字電源（DVDD）2.25 V - 3.6 V，內置 1.8 V LDO 為數字核心供電，BYPAS 引腳需外接 1 μF 去耦電容；
• 環境耐受：工作溫度 -40°C 至 +85°C，ESD 防護達 ±2000 V（HBM）/±500 V（CDM），符合工業級可靠性要求。

二、核心功能模塊詳解

（一）信號鏈架構

• 輸入多路選擇器（MUX） ：支持外部輸入或內部短路（通過 400 Ω 電阻接 VCOM 中點電壓），內部短路模式可用于偏移校準與噪聲性能驗證，MUX 配置通過寄存器 MUX [1:0] 控制；
• ΔΣ 調制器 ：采用固有穩定的四階 2+2 流水線架構，將量化噪聲推至高頻段，調制器采樣頻率（fMOD）在高分辨率模式為 fCLK/4，低功耗模式為 fCLK/8，需外部 2.5 V 基準電壓（REFP/REFN 引腳）；
• 數字濾波器 ：由 sinc 濾波器、FIR 濾波器、IIR 高通濾波器（HPF）組成，支持多種濾波組合：
  • sinc 濾波器：5 階低通，抽取比 4 - 128 可調，決定基礎數據率；
  • FIR 濾波器：固定 32 倍抽取，支持線性 / 最小相位選擇，通帶紋波 ±0.003 dB，阻帶衰減 135 dB，保障信號完整性；
  • HPF：一階 IIR 結構，截止頻率 0.1 Hz - 10 Hz 可編程，可濾除直流與低頻干擾。

（二）校準與同步控制

• 校準功能 ：支持偏移校準（OFSCAL 命令）與增益校準（GANCAL 命令），通過 24 位偏移校準寄存器（OFC [2:0]）和滿量程校準寄存器（FSC [2:0]）修正誤差，校準后增益誤差可降至 0.0005%；
• 同步模式 ：
  • 脈沖同步 ：SYNC 引腳上升沿觸發同步，重置濾波內存，需等待 63 個轉換周期使數據穩定；
  • 連續同步 ：接收周期性同步時鐘，僅當 SYNC 周期與數據率周期非整數倍時重新同步，適配多設備協同場景。

（三）接口與數據傳輸

• SPI 兼容接口 ：4 線制（CS、SCLK、DIN、DOUT），支持兩種數據讀取模式：
  • 連續讀取（RDATAC） ：DRDY 變低后直接讀取 32 位數據（二進制補碼，可截斷為 24 位），無需重復發送命令；
  • 命令讀取（SDATAC） ：需發送 RDATA 命令觸發數據輸出，適合需精準控制讀取時機的場景；
• 數據完整性：DRDY 引腳低電平表示數據就緒，讀取過程中需注意時序約束，避免數據被覆蓋。

三、典型應用與設計要點

（一）目標應用場景

• 能源勘探與地震監測 ：直接連接地震檢波器，通過高分辨率模式采集微弱振動信號，支持被動地震數據采集節點；
• 工業精密測量 ：適配便攜式儀器、過程控制設備，低功耗模式可延長電池供電設備續航；
• 傳感器信號采集 ：支持 RTD、熱電偶等低電平信號測量，PGA 增益調節適配不同傳感器輸出范圍。

（二）硬件設計關鍵要點

• 電源去耦 ：AVDD/AVSS 需并聯 0.1 μF 陶瓷電容 + 10 μF 鉭電容，DVDD 并聯 0.1 μF 電容，所有電容貼近引腳放置，模擬地與數字地單點連接，減少噪聲耦合；
• 輸入濾波 ：模擬輸入端建議添加對稱 RC 低通濾波器（電阻 100 Ω - 1 kΩ，電容 100 pF C0G 材質），抑制混疊干擾，同時匹配傳感器輸出阻抗；
• 時鐘設計 ：外部時鐘（CLK 引腳）推薦 1.024 MHz 晶振或 MEMS 時鐘源，時鐘線遠離模擬信號路徑，避免引入抖動噪聲，長距離布線需串聯 50 Ω 匹配電阻。

四、封裝與訂購信息

• 封裝規格 ：采用 24 引腳 VQFN（RHF 封裝），尺寸 5.0 mm×4.0 mm，暴露熱焊盤需焊接至 PCB 以優化散熱，熱阻參數：結到環境（RθJA）30.2 °C/W，結到板（RθJB）8.5 °C/W；