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。
*附件：ads131a04.pdf

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。

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 系列（含 2 通道 ADS131A02 與 4 通道 ADS131A04）是德州儀器推出的 24 位 ΔΣ 型模數轉換器（ADC），支持同步采樣，最高采樣速率 128 kSPS，采用 32 引腳 TQFP 封裝（5.0 mm×5.0 mm），工作溫度范圍–40°C 至 + 125°C，兼具高精度、靈活供電與多重數據完整性保護特性，專為電能計量、斷路器、電池測試設備、電池管理系統及數據采集系統等工業與能源監測場景設計。

一、核心特性與關鍵參數

1. 基礎性能

• 通道與采樣：2/4 個差分輸入通道，同步采樣無相位偏差；24 位分辨率，采樣速率 1 kSPS 至 128 kSPS 可調，支持 1/2/4/8/16 倍數字增益配置，適配不同幅值信號采集。
• 精度與動態性能：動態范圍最高 115 dB（AVDD–AVSS=5 V 時），THD 低至–100 dB（50 Hz/60 Hz），積分非線性（INL）最大 20 ppm；直流漂移優異，失調漂移典型值 2.5 μV/°C，增益漂移典型值 0.5 ppm/°C，共模抑制比（CMRR）100 dB（50 Hz/60 Hz），電源抑制比（PSRR）80 dB-105 dB，抗干擾能力強。
• 噪聲特性：8 kSPS 時有效分辨率 20.6 bits，輸入參考噪聲低至 1.66 μVrms（4 V 參考電壓），通過調整過采樣率（OSR 32-4096）可靈活平衡噪聲與采樣速率。

2. 核心功能

• 靈活供電與輸入：支持單極性（3.3 V-5.5 V）、雙極性（±2.5 V）供電，集成負壓電荷泵，可接收低于地電位的輸入信號（最低–1.5 V）；輸入阻抗 130 kΩ（fMOD=4.096 MHz），兼容電阻分壓網絡、電流互感器（CT）、羅氏線圈等直接輸入。
• 時鐘與濾波：內置 3 階 sinc 數字濾波器，過采樣率（OSR）可編程，濾除帶外噪聲；支持外部時鐘輸入或晶體振蕩（推薦 16.384 MHz 晶體），時鐘分頻可配置，適配不同系統時序需求。
• 數據完整性保護：集成漢明碼糾錯（單比特糾錯、多比特檢錯）與 CRC-16 校驗功能，支持固定 / 動態幀格式，搭配看門狗定時器，降低數據傳輸與設備運行風險。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：高分辨率模式下，ADS131A02 典型功耗 12.5 mW，ADS131A04 典型功耗 15.8 mW；低功耗模式功耗可低至 4.6 mW（ADS131A02），支持待機模式進一步降低功耗。
• 工作條件：ESD 防護 ±1000 V（人體模型）、±500 V（器件充電模型）；結溫最高 150°C，結到環境熱阻 77.5 °C/W，適應惡劣工業環境。
• 基準與校準：內置低漂移電壓基準（6 ppm/°C），支持 2.442 V/4.0 V 兩種輸出，也可外接參考源；具備輸入超量程檢測功能，閾值可編程。

二、核心功能解析

1. 采樣與濾波

• 同步采樣：多通道同時采樣，無時間偏差，確保功率計算等場景中電壓與電流信號的相位一致性。
• 數字濾波：3 階 sinc 濾波器通過過采樣率（OSR）調整噪聲抑制效果，OSR 越高噪聲越低但采樣速率越低，例如 OSR=4096 時采樣率 1 kSPS，噪聲最優；OSR=32 時采樣率 128 kSPS，響應速度最快。

2. 供電與輸入擴展

• 供電配置：單極性供電時可啟用負壓電荷泵，實現低于地電位的信號采集；雙極性供電時直接支持寬范圍差分輸入，無需額外電平轉換。
• 輸入保護：內置 ESD 防護電路，輸入電壓范圍兼容 AVSS–1.65 V 至 AVDD+0.3 V（電荷泵啟用時），可直接連接傳感器或信號調理電路，簡化前端設計。

3. 接口與數據完整性

• SPI 接口靈活配置：支持異步中斷、同步主機 / 從機三種 SPI 模式，可通過 M0/M1/M2 引腳硬件配置接口模式、數據位寬（16/24/32 位）及漢明碼使能，支持多器件級聯擴展通道數。
• 多重保護機制：漢明碼糾正單比特傳輸錯誤，CRC-16 校驗檢測多比特錯誤；看門狗定時器防止設備無響應，狀態寄存器實時反饋命令錯誤、SPI 故障、超量程等異常。

三、應用場景

適用于商業 / 住宅電能表、斷路器保護、電池充放電測試、電池管理系統（BMS）、工業數據采集系統等對同步采樣、高精度與抗干擾能力有嚴格要求的場景，尤其適配需要同時測量電壓與電流的功率計算應用。

四、封裝與訂購信息

• 封裝規格：32 引腳 TQFP（PBS 封裝），引腳間距 0.5 mm，符合 RoHS 標準，引腳鍍層為 NIPDAU，MSL 等級 2（260°C 峰值回流，1 年濕敏等級）。
• 訂購型號：量產型號包括 ADS131A02IPBS（2 通道，250 個 / 托盤）、ADS131A04IPBSR（4 通道，1000 個 / 卷帶）等，提供托盤與卷帶兩種包裝方式，適配不同生產需求。

五、設計與使用建議

1. 電源與基準

• 供電設計：模擬電源（AVDD/AVSS）與數字電源（IOVDD/GND）需獨立供電，就近配置 1 μF 去耦電容；啟用電荷泵時，VNCP 引腳需外接 270 nF 電容至 AVSS，確保負壓穩定。
• 基準配置：優先使用內置基準（2.442 V/4.0 V），外接基準時需在 REFEXT 引腳并聯低噪聲電容（推薦 1 μF+0.1 μF），限制基準帶寬低于 10 Hz 以降低噪聲。

2. 輸入與濾波

• 輸入配置：支持偽差分與全差分輸入， unused 模擬通道直接接 AVSS；輸入信號需控制在額定范圍，超壓場景可添加外部鉗位二極管或限流電阻。
• 抗混疊濾波：前端建議添加 RC 抗混疊濾波器（推薦截止頻率 295 kHz），避免高頻信號混疊，確保采樣精度。

3. 接口與同步

• 多器件擴展：通過 DONE 引腳級聯多片設備，主設備可配置為異步中斷或同步主機模式，從設備均配置為同步從機模式，實現多通道同步采樣。
• 數據傳輸：啟用 CRC 與漢明碼功能提升數據可靠性；SPI 通信需遵循 CPOL=0、CPHA=1 模式，確保時序匹配。

4. 布局規范

• 分區布局：模擬電路、數字電路與電源電路分區布線，采用單接地平面，避免地環路；模擬信號走線遠離時鐘等高速數字信號，減少耦合干擾。
• 器件放置：去耦電容、基準電容緊鄰對應引腳，晶體振蕩器與 ADC 時鐘引腳近距離連接，縮短走線長度，降低時鐘抖動。

六、關鍵設計要點

• 寄存器配置：通過 SPI 命令配置時鐘分頻、過采樣率、增益與電荷泵使能，上電后需發送 UNLOCK 命令解鎖接口，配置完成后可鎖定寄存器防止誤操作。
• 校準與初始化：建議上電后等待基準穩定（約 1.2 ms），必要時執行偏移與增益校準；同步多器件時，通過 DRDY 信號同步采樣時序，確保通道一致性。
• 功耗優化：閑置時可進入待機模式，關閉未使用通道，低速率場景選用高 OSR 配置，平衡精度與功耗。