該ADS1257是一款低噪聲、30kSPS、24位、三角積分（ΔΣ）模數轉換器（ADC），集成多路復用器（多路復用器）、輸入緩沖器和可編程增益放大器（PGA），采用小型20引腳、5mm×5mm VQFN封裝。該器件將集成度、高轉換率和 24 位分辨率結合在一個小封裝中，使該器件非常適合空間受限的應用。
*附件：ads1257.pdf

輸入多路復用器接受兩個差分或三個單端輸入測量。傳感器斷路檢測電路驗證ADC的輸入連接連續性。可選的輸入緩沖器大大增加了輸入阻抗，并且在許多情況下，無需外部緩沖器。緩沖器輸入電壓范圍包括AGND。低噪聲PGA提供1至64的增益，以適應各種輸入信號。可編程數字濾波器優化了ADC分辨率（高達23位，無噪聲）和轉換速率（高達30 kSPS）。數字濾波器提供單周期穩定轉換，并抑制 50 Hz 和 60 Hz 干擾信號。

SPI 兼容串行接口只需三根線即可運行，簡化了與外部控制器的連接。集成校準功能支持對所有PGA增益設置的失調和增益誤差進行自我校正和系統校正。兩個雙向數字I/O引腳控制外部電路。

特性

• 高達 23 位的無噪聲分辨率
• 小型 5mm × 5mm VQFN 封裝
• 4 個模擬輸入
  • 2 次差分或 3 次單端測量
• 優異的直流性能
  • 失調漂移：4 nV/°C（增益 = 64）
  • 增益漂移：0.8 ppm/°C
  • 非線性：3 ppm（增益 = 1）
• 可編程數據速率：2.5 SPS至30 kSPS
• 單周期結算換算 （≤ 1000 SPS）
• 50Hz 和 60Hz 抑制
• 高阻抗輸入緩沖器
• 差分輸入PGA
• 集成傳感器斷裂檢測
• 2 個通用輸入/輸出
• 電源：
  • 模擬：5 V
  • 數字：1.8 V 至 3.6 V
• 5V 容差 SPI? 兼容串行接口

參數

方框圖

ADS1257 是德州儀器推出的高分辨率、低噪聲模數轉換器，核心優勢是 24 位高精度、集成多路輸入與可編程增益放大器（PGA）、支持靈活數據率配置，封裝緊湊且抗干擾能力強，適用于工業自動化、測試測量、醫療設備等對測量精度和穩定性要求嚴苛的場景。

一、核心性能與定位

• 精度與分辨率 ：24 位分辨率，噪聲無碼分辨率最高 23 位；積分非線性（INL）最大 10 ppm，偏移漂移低至 4 nV/°C（增益 = 64），增益漂移 0.8 ppm/°C，直流性能優異。
• 輸入與增益 ：4 路模擬輸入，支持 2 路差分或 3 路單端測量；PGA 增益可編程（1~64 倍），適配不同幅度傳感器信號，輸入阻抗最高 80 MΩ（緩沖開啟時）。
• 速率與噪聲 ：數據率可編程（2.5 SPS~30 kSPS），支持 50Hz/60Hz 工頻干擾抑制；輸入等效噪聲低至 0.027 μV_RMS（增益 = 64、2.5 SPS），噪聲性能突出。
• 環境與供電 ：工作溫度 - 40℃85℃，模擬供電 5V，數字供電 1.8V3.6V；抗靜電性能達 HBM±2000V、CDM±500V，可靠性高。

二、關鍵功能與硬件特性

1. 集成功能模塊

• 內置輸入緩沖器，可大幅提升輸入阻抗，減少外部信號源負載；集成傳感器斷線檢測功能，支持 0.5μA/2μA/10μA 檢測電流。
• 可編程數字濾波器，支持單周期穩定轉換（≤1000 SPS），濾波器帶寬隨數據率動態調整，兼顧分辨率與響應速度。
• 2 路通用數字 I/O 引腳，D0 引腳可配置為時鐘輸出（CLKIN 分頻比可選），支持多器件同步。

2. 工作模式

• 連續轉換模式：持續采樣并輸出數據，適用于高頻數據采集場景。
• 單觸發模式：通過待機（STANDBY）與喚醒（WAKEUP）命令實現單次轉換，轉換后自動斷電，降低功耗。
• 校準模式：支持自校準（偏移 / 增益）與系統校準，校準結果自動寫入寄存器，可通過寄存器手動配置校準參數。

3. 封裝與引腳

• 采用 20 引腳 5mm×5mm VQFN 封裝，含獨立模擬電源（AVDD）、數字電源（DVDD）及接地引腳（AGND/DGND），熱焊盤需連接 AGND 以優化散熱。
• 引腳包括 4 路模擬輸入（AIN0~AIN3）、SPI 通信引腳（SCLK、DIN、DOUT、CS）、復位（RESET）、同步 / 掉電（SYNC/PWDN）及參考電壓輸入（REFP/REFN）。

三、編程與配置

• 寄存器控制 ：通過 11 個配置寄存器設置輸入多路選擇、PGA 增益、數據率、校準參數等；支持 SPI 命令控制（如 RDATA、WREG、SELFCAL 等），操作靈活。
• 數據格式 ：輸出 24 位二進制補碼，正滿量程代碼 7FFFFFh，負滿量程代碼 800000h，支持 MSB/LSB 優先輸出配置。
• 接口特性 ：5V 耐受 SPI 兼容接口，支持 3 線 / 4 線通信，SCLK 時鐘頻率最高可達 CLKIN/4，支持多器件共享總線。

四、典型應用場景

• 工業自動化：PLC 模擬前端、過程控制信號采集；
• 測試測量：高精度數據采集系統、科學儀器；
• 醫療設備：生理信號檢測、醫療傳感器信號轉換；
• 其他：電池管理、高精度傳感器信號調理（如熱電偶、應變片）。

五、設計關鍵要點

1. 電源與去耦 ：模擬電源（AVDD）和數字電源（DVDD）需分別就近配置 0.1μF 陶瓷電容 + 10μF 電解電容去耦，AGND 與 DGND 就近短接，減少地電位差。
2. 信號接口：模擬輸入建議串聯 RC 濾波電路（截止頻率需匹配數據率），差分輸入走線長度需匹配；參考電壓（REFP/REFN）需選用低噪聲、低漂移源，建議并聯濾波電容。
3. 布局規范：分離模擬與數字電路區域，采用完整接地平面；時鐘信號（CLKIN）需短距離布線，避免與模擬信號平行；熱焊盤可靠接地，提升散熱效率。
4. 校準與同步：增益或數據率變更后需重新校準；多器件同步可通過 SYNC 引腳或 CLKOUT 時鐘實現，確保采樣時序一致。