The ADS131E0x 是多通道、同步采樣、24 位、Δ-Σ （ΔΣ）、模數系列 具有內置可編程增益放大器 （PGA）、內部基準電壓源和 板載振蕩器。ADC寬動態范圍、可擴展數據速率和內部故障檢測 顯示器使 ADS131E0x 在工業電源監控和保護以及工業電源監控和保護方面具有吸引力 測試和測量應用。真正的高阻抗輸入使 ADS131E0x 能夠直接 與電阻分壓器網絡或電壓互感器接口以測量線路電壓，或 電流互感器或羅氏線圈測量線路電流。具有高集成度和 ADS131E0x 系列具有卓越的性能，可創建可擴展的工業電源 系統尺寸、功耗和總體成本顯著減小。
*附件：ads131e04.pdf

ADS131E0x 每個通道都有一個靈活的輸入多路復用器，可以獨立 連接到內部生成的信號，用于測試、溫度和故障檢測。故障 檢測可以在設備內部實現，使用集成的比較器 數模轉換器 （DAC） 控制的觸發電平。ADS131E0x 可以在數據下工作 速率高達 64 kSPS。

這些完整的模擬前端 （AFE） 解決方案采用 TQFP-64 封裝，具有以下特點： 額定工作溫度范圍為–40°C至+105°C。

特性

• 8個差分ADC輸入
• 杰出表現：
  • 動態范圍：1 kSPS 時為 118 dB
  • 串擾：–110 dB
  • 總諧波擾：90 Hz 和 50 Hz 時為 –60 dB
• 模擬電源范圍選項：
  • 3 V 至 5 V（單極性）
  • ±2.5 V（雙極性，允許直流耦合）
• 數字：1.8 V 至 3.6 V
• 低功耗：每通道 2 mW
• 數據速率：1、2、4、8、16、32 和 64 kSPS
• 可編程增益：1、2、4、8 和 12
• 故障檢測和設備測試能力
• SPI? 數據接口和四個 GPIO
• 封裝：TQFP-64 （PAG）
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +105°C

參數

方框圖

一、產品概述

ADS131E0x 是德州儀器（TI）推出的低功耗、高集成度模數轉換器（ADC）系列，包含 4 通道（ADS131E04）、6 通道（ADS131E06）和 8 通道（ADS131E08）三款型號，核心優勢為同步采樣、寬動態范圍與工業級可靠性，專為電力保護（斷路器、繼電器）、電能計量（單相 / 多相電表）、電池測試系統及測試測量設備設計。器件采用 24 位 ΔΣ 架構，集成可編程增益放大器（PGA）、內部基準源與振蕩器，文檔版本為 SBAS561C，發布于 2012 年 6 月，2017 年 1 月修訂，采用 64 引腳 TQFP 封裝，工作溫度范圍 - 40°C 至 105°C。

二、核心參數與性能特性

1. 基礎規格

• ADC 性能 ：24 位分辨率（32/64 kSPS 時為 16 位），INL±10 ppm；輸入失調誤差 350 μV，失調漂移 0.65 μV/°C；增益誤差 ±0.1% FS，增益漂移 3 ppm/°C；通道間增益匹配 0.2% FS。
• 動態性能 ：1 kSPS 時動態范圍 118 dB，SNR 達 107 dB，THD-93 dB，CMRR-110 dB（50/60 Hz），串擾 - 110 dB；采樣率范圍 1 kSPS-64 kSPS，支持 5 檔可編程增益（1/2/4/8/12）。
• 接口特性 ：SPI 兼容串行接口（支持菊花鏈級聯），4 個 GPIO 引腳；DRDY 信號指示數據就緒，支持連續 / 單次轉換模式；模擬輸入阻抗 200 MΩ，輸入偏置電流 5 nA，內置 EMI 濾波器（-3 dB 帶寬 3 MHz）。

2. 供電與功耗

• 供電范圍 ：模擬電源（AVDD）2.7 V-5.25 V，數字電源（DVDD）1.7 V-3.6 V，支持單極性（3 V/5 V）或雙極性（±1.5 V 至 ±2.5 V）供電。
• 功耗表現 ：單通道功耗僅 2 mW，ADS131E04（4 通道）正常模式功耗 9.3 mW，ADS131E06（6 通道）12.7 mW，ADS131E08（8 通道）16 mW；待機模式功耗 2 mW，斷電模式低至 10 μW，適配工業低功耗場景。

3. 封裝與環境適應性

• 封裝類型 ：64 引腳 TQFP（PAG）封裝，結到環境熱阻 35 °C/W，結到殼（頂部）熱阻 31 °C/W，封裝尺寸 10mm×10mm，適合高密度 PCB 布局。
• 可靠性 ：ESD 防護（HBM 1000 V、CDM 500 V），存儲溫度范圍 - 60°C 至 150°C，最大結溫 150°C，滿足工業設備長期穩定運行要求。

4. 關鍵功能特性

• 工業專用功能 ：支持多通道同步采樣，集成故障檢測功能（比較器 + DAC 閾值控制），可監測輸入超量程狀態；內置溫度傳感器（490 μV/°C）、電源監測模塊，適配電力系統多參數同步測量。
• 系統集成特性 ：內置低噪聲參考源（2.4 V/4 V 可選，精度 ±0.2%，漂移 20 ppm/°C）、2.048 MHz 振蕩器（精度 ±2.5%）；支持多器件同步（START 引腳）與菊花鏈級聯，可擴展通道數量。

三、工作模式與功能原理

1. 核心架構

采用 “模擬輸入→EMI 濾波器→輸入多路選擇器→低噪聲 PGA→ΔΣ 調制器→數字抽取濾波器→SPI 輸出” 架構，所有通道同步采樣；集成故障檢測 comparator、內部測試信號發生器，支持電源、溫度等內部信號監測，適配工業復雜場景。

2. 主要工作模式

3. 關鍵功能細節

• 模式控制 ：通過 CONFIG1 寄存器選擇采樣率與分辨率，START 引腳或命令觸發轉換；故障檢測通過 FAULT 寄存器配置閾值，FAULT_STATP/FAULT_STATN 寄存器反饋各通道狀態。
• 同步采樣 ：所有通道共享同一時鐘與采樣控制，確保多通道信號時間對齊，滿足電力系統電壓 / 電流相位同步測量需求。
• 校準與測試 ：支持通道偏移校準（OFFSETCAL 命令），內置自測試信號（幅度 ±1/±2 mV，頻率可編程），可監測電源、溫度等內部信號。

四、應用場景與設計建議

1. 典型應用領域

• 斷路器 / 繼電器保護系統、單相 / 多相電能計量表、電池測試設備、工業數據采集系統、電力質量監測儀器。

2. 設計關鍵要點

• 電源設計 ：模擬與數字電源獨立布線，每個 AVDD/DVDD 引腳就近并聯 0.1 μF 陶瓷電容與 1 μF 鉭電容；VCAP1 引腳需并聯 22 μF 電容，確保內部基準源穩定。
• 輸入與接地 ：模擬輸入采用差分連接，串聯 RC 低通濾波器（推薦 C0G/NPO 電容）；PCB 采用單點接地，模擬地與數字地在 ADC 處單點連接，減少地環路干擾。
• 布線與防護 ：模擬信號線遠離數字信號線，避免工頻噪聲耦合；閑置模擬通道應斷電并連接至 AVDD，閑置數字引腳通過 10 kΩ 電阻拉至 DGND；電流 / 電壓采樣需配合 burden 電阻或分壓網絡，確保輸入在 ADC 量程內。
• 配置優化 ：電力計量場景選擇 16 kSPS 采樣率 + 增益 4，平衡精度與響應速度；多通道系統采用菊花鏈級聯，減少 SPI 接口引腳數量；啟用內部基準源（2.4 V/4 V 可選），降低系統復雜度。