ADS131A02和ADS131A04器件是雙通道和四通道、同步采樣、24位、三角積分（ΔΣ）、模數轉換器（ADC）。寬動態范圍、可擴展數據速率高達 128 kSPS 以及內部故障監控器，使ADS131A02或ADS131A04成為能源監控、電網保護和控制應用設計時的理想選擇。ADC輸入可以獨立直接連接到電阻分壓器網絡、電流互感器或羅氏線圈，以測量電壓或電流。提供靈活的電源選項，包括內部負電荷泵，可最大限度地提高高動態范圍應用的有效分辨率。

提供異步和同步主從接口選項，在單個系統中鏈接多個器件時提供ADC配置靈活性。可以在接口上啟用多個接口檢查、ADC啟動檢查和數據完整性檢查，以報告ADC中和數據傳輸期間的錯誤。

完整的模擬前端 （AFE） 解決方案采用 32 引腳 TQFP 封裝，額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。
*附件：ads131a02.pdf

特性

• 2 或 4 個同步采樣差分輸入
• 數據速率高達 128 kSPS
• 高性能：
  • 單通道精度：在 10,000：1 動態范圍下優于 0.1%
  • 有效分辨率：8 kSPS 時為 20.6 位
  • 總諧波擾：50 Hz 和 60 Hz 時為 –100 dB
• 集成負電荷泵允許絕對輸入電壓低于地
• 靈活的模擬電源作：
  • 使用負電荷泵：3.0 V 至 3.45 V
  • 單極電源：3.3 V 至 5.5 V
  • 雙極電源：±2.5 V
• 數字電源：1.65 V 至 3.6 V
• 低漂移內部基準電壓源：6 ppm/°C
• ADC自檢
• 通信中的循環冗余校驗 （CRC） 和漢明碼糾錯
• 多種SPI數據接口模式：
  • 異步中斷
  • 同步主從機
• 封裝：32引腳TQFP
• 工作溫度范圍：
  –40°C 至 +125°C
  參數

方框圖

ADS131A0x 是德州儀器推出的 2-4 通道同步采樣 24 位 ΔΣ ADC 系列，包含 ADS131A02（2 通道）、ADS131A04（4 通道）兩個型號，集成低漂移基準源與負電荷泵，支持多模式 SPI 接口，封裝為 32 引腳 TQFP，兼具高動態范圍、靈活供電與數據完整性保障特性，適配電能計量、電池管理、斷路器、數據采集系統等工業與能源監測場景。

一、核心特性與關鍵參數

1. 基礎性能

• 分辨率與采樣速率：24 位分辨率，采樣速率可通過過采樣率（OSR）配置，最高達 128 kSPS，8 kSPS 時有效分辨率 20.6 位。
• 精度表現：積分非線性（INL）典型值 8 ppm、最大 20 ppm；失調誤差典型值 500 μV，失調溫漂 2.5 μV/°C（最大 4 μV/°C）；增益誤差典型值 ±0.03% FS，增益溫漂 0.5 ppm/°C（最大 2 ppm/°C），精度穩定。
• 輸入配置：差分輸入，輸入范圍 ±V_REF/Gain（V_REF 支持 2.442 V/4.0 V 內部基準或 2.0 V-AVDD-0.5 V 外部基準）；輸入電容 3.5 pF，差分輸入阻抗約 130 kΩ（f_MOD=4.096 MHz 時）。

2. 核心功能

• 動態性能：50/60 Hz 輸入時 SNR 典型值 111 dB（V_REF=2.442 V）、115 dB（V_REF=4.0 V），THD 典型值 - 100 dB，無雜散動態范圍（SFDR）≥102.5 dB，動態范圍最高 115 dB，信號采集質量優異。
• 集成功能：內置低漂移基準源（溫漂 6 ppm/°C），支持 2.442 V/4.0 V 切換；集成負電荷泵，可實現單電源下輸入電壓低于地電位（最低 - 1.5 V）；支持 5 檔數字增益（1/2/4/8/16），適配不同幅度信號。
• 數據完整性：支持漢明碼（單比特糾錯、多比特檢錯）與 CRC16 校驗，SPI 通信含幀錯誤、命令錯誤等多重故障檢測，提升傳輸可靠性。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：高分辨率模式下，ADS131A02 功耗典型值 12.5 mW，ADS131A04 典型值 15.8 mW；低功耗模式下功耗可降至 4.6 mW（A02）、5.3 mW（A04），待機模式功耗 2.6 mW，功耗優化靈活。
• 工作條件：模擬供電（AVDD-AVSS）支持單極性（3.0 V-5.5 V）、雙極性（±2.5 V）或單極性 + 負電荷泵（3.0 V-3.45 V）；數字供電（IOVDD）1.65 V-3.6 V；工作溫度 - 40°C 至 + 125°C，適應工業惡劣環境。
• 封裝規格：32 引腳 TQFP 封裝，尺寸 5.0 mm×5.0 mm，散熱與布局兼容性良好，適合高密度 PCB 設計。

二、產品型號差異

三、應用場景

適用于商業 / 民用電能表、斷路器、電池測試設備、電池管理系統（BMS）、工業數據采集系統等，尤其適配對同步采樣、動態范圍、供電靈活性有嚴格要求的能源監測與工業控制場景。

四、設計與使用建議

1. 電源與基準

• 電源設計：模擬電源（AVDD/AVSS）與數字電源（IOVDD/GND）獨立供電，各電源引腳就近放置 1 μF 低 ESR 陶瓷去耦電容；啟用負電荷泵時，VNCP 引腳需并聯 270 nF 電容至 AVSS，確保輸出穩定。
• 基準配置：優先使用內置基準（2.442 V/4.0 V 可配置），外部基準需連接 REFEXT 引腳并添加 RC 濾波（推薦帶寬 < 10 Hz），減少基準噪聲影響；REFP 與 REFN 引腳需分別并聯 1 μF 電容，保障基準穩定性。

2. 輸入與校準

• 輸入保護：模擬輸入電壓需限制在 AVSS-0.3 V 至 AVDD+0.3 V（禁用電荷泵）或 AVSS-1.65 V 至 AVDD+0.3 V（啟用電荷泵），建議添加 RC 抗混疊濾波器（電容選用 C0G/NPO 材質，容量≥1.2 nF），串聯電阻≤2.2 Ω。
• 校準與配置：通過 COMP_TH 寄存器設置輸入過壓 / 欠壓檢測閾值；支持 16 檔 OSR 配置，可在噪聲與采樣速率間平衡；各通道增益獨立配置，適配不同量程傳感器信號。

3. 接口與時序

• SPI 通信：支持異步中斷、同步主 / 從三種模式，支持 16/24/32 位數據字長，可多器件級聯擴展通道；SCLK 最高頻率 25 MHz（IOVDD>2.7 V 時），通信時序支持 CPOL=0、CPHA=1。
• 時序要求：采樣周期隨 OSR 變化，128 kSPS 時周期 7.8125 μs；DRDY 引腳指示數據就緒，DONE 引腳支持多器件級聯同步，確保多通道 / 多器件同步采集。

五、封裝與訂購信息

• 封裝規格：32 引腳 TQFP（PBS 封裝），尺寸 5.0 mm×5.0 mm，引腳間距 0.5 mm，需注意熱焊盤接地以優化散熱。
• 訂購型號：批量供應型號如 ADS131A02IPBSR（1000 個 / 卷）、ADS131A04IPBS（250 個 / 托盤），符合 RoHS 標準，MSL 等級 2（1 年），峰值回流溫度 260°C，引腳鍍層為 NIPDAU。

六、關鍵設計要點

• 布局規范：PCB 劃分模擬區、數字區與電源區，采用單一接地平面，避免地環路；模擬信號與數字信號分開布線，SCLK 等數字時鐘遠離模擬引腳；去耦電容距電源引腳不超過 20 mil，減少寄生參數。
• 功耗優化：低吞吐量場景可切換至低功耗模式（f_MOD 降至 1.05 MHz），閑置通道可關閉；通過 OSR 動態調整，低速率場景增大 OSR 以降低噪聲，高速場景減小 OSR 提升響應速度。
• 前端設計：選擇低噪聲、高帶寬運放（如 THS4531A）作為輸入驅動，運放單位增益帶寬需≥4 倍濾波器截止頻率；電流測量場景可搭配電流互感器（CT）或羅氏線圈，電壓測量需通過電阻分壓將高壓降至 ADC 輸入范圍。