在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）則是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的核心部件。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的ADS1112這款16位ADC。

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一、ADS1112概述

ADS1112是一款精密的、具備連續(xù)自校準(zhǔn)功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用小巧的MSOP - 10和無(wú)引腳QFN風(fēng)格（小外形、無(wú)引腳）封裝。它擁有兩個(gè)差分通道或三個(gè)單端通道，最高可實(shí)現(xiàn)16位的分辨率。其片上集成的2.048V參考電壓，能提供±2.048V的差分輸入范圍。工作電源范圍為2.7V至5.5V，使用I2C兼容的串行接口，并且有兩個(gè)地址引腳，允許用戶從八個(gè)I2C從地址中選擇一個(gè)。

二、關(guān)鍵特性

2.1 多通道測(cè)量

ADS1112支持從兩個(gè)差分通道或三個(gè)單端通道進(jìn)行測(cè)量，這使得它在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中都能靈活應(yīng)對(duì)。例如，在工業(yè)過程控制中，可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)傳感器的信號(hào)。

2.2 I2C接口與多地址選擇

I2C接口是一種廣泛應(yīng)用的串行通信接口，支持多個(gè)設(shè)備和主設(shè)備在單總線上通信。ADS1112通過兩個(gè)地址引腳A0和A1，可以選擇八個(gè)不同的I2C從地址，方便在同一總線上連接多個(gè)ADS1112設(shè)備。

2.3 片上參考電壓

片上集成的2.048V參考電壓，精度為2.048V ±0.05%，漂移為5ppm/°C。這為ADC提供了穩(wěn)定的參考，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.4 可編程增益放大器（PGA）

PGA可提供高達(dá)八倍的增益，使得較小的信號(hào)也能以高分辨率進(jìn)行測(cè)量。在一些微弱信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用中，如便攜式儀器，PGA的作用就顯得尤為重要。

2.5 可編程數(shù)據(jù)速率

數(shù)據(jù)速率可在15SPS至240SPS之間進(jìn)行編程選擇，用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來平衡采樣速度和分辨率。

2.6 低功耗設(shè)計(jì)

在單轉(zhuǎn)換模式下，ADS1112在一次轉(zhuǎn)換完成后會(huì)自動(dòng)斷電，大大降低了空閑期間的電流消耗，非常適合電池供電的便攜式設(shè)備。

三、絕對(duì)最大額定值

四、工作原理

4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器核心

ADS1112的A/D轉(zhuǎn)換器核心由一個(gè)差分開關(guān)電容Δ - Σ調(diào)制器和一個(gè)數(shù)字濾波器組成。調(diào)制器測(cè)量由輸入多路復(fù)用器選擇的正、負(fù)模擬輸入之間的電壓差，并將其與2.048V的參考電壓進(jìn)行比較。數(shù)字濾波器接收來自調(diào)制器的高速位流，并輸出一個(gè)與輸入電壓成比例的代碼。

4.2 多路復(fù)用器

輸入多路復(fù)用器提供兩個(gè)差分或三個(gè)單端輸入通道，通過配置寄存器中的兩位來控制多路復(fù)用器的設(shè)置。

4.3 電壓參考

片上集成的2.048V電壓參考是ADC的唯一參考，不能連接外部參考。其性能會(huì)影響整個(gè)ADS1112的增益和漂移特性。

4.4 輸出代碼計(jì)算

輸出代碼的計(jì)算公式為：$Output Code = -1 × Min Code × PGA × \frac{(V{IN+}) - (V{IN-})}{2.048 V}$

4.5 自校準(zhǔn)

ADS1112內(nèi)置了自校準(zhǔn)電路，可連續(xù)自動(dòng)校準(zhǔn)，無(wú)需用戶干預(yù)，也不能停用。校準(zhǔn)效果體現(xiàn)在電氣特性中的失調(diào)和增益誤差數(shù)據(jù)里。

4.6 時(shí)鐘振蕩器

片上集成的時(shí)鐘振蕩器為調(diào)制器和數(shù)字濾波器提供時(shí)鐘信號(hào)。由于其頻率會(huì)隨電源電壓和溫度變化，可能會(huì)影響輸入阻抗和數(shù)據(jù)速率。而且，ADS1112不能使用外部系統(tǒng)時(shí)鐘。

4.7 輸入阻抗

ADS1112采用開關(guān)電容輸入級(jí)，其輸入阻抗受PGA設(shè)置、電容值和開關(guān)頻率影響。開關(guān)頻率由片上時(shí)鐘振蕩器決定，會(huì)隨電源電壓和溫度漂移。在高輸出阻抗信號(hào)源的應(yīng)用中，可能需要使用緩沖器，但要注意緩沖器會(huì)引入噪聲、失調(diào)和增益誤差。

4.8 混疊問題

當(dāng)輸入信號(hào)頻率超過數(shù)據(jù)速率的一半時(shí)，會(huì)發(fā)生混疊現(xiàn)象。ADS1112的數(shù)字濾波器能對(duì)高頻噪聲進(jìn)行一定衰減，但不能完全替代抗混疊濾波器。在某些應(yīng)用中，可能需要外部的簡(jiǎn)單RC濾波器。

五、使用方法

5.1 工作模式

ADS1112有連續(xù)轉(zhuǎn)換和單轉(zhuǎn)換兩種工作模式。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，它會(huì)持續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；在單轉(zhuǎn)換模式下，需要將轉(zhuǎn)換寄存器中的ST/DRDY位置1來啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后會(huì)自動(dòng)斷電。

5.2 復(fù)位和上電

上電時(shí)，ADS1112會(huì)自動(dòng)復(fù)位，將配置寄存器的所有位設(shè)置為默認(rèn)值。它還能響應(yīng)I2C通用調(diào)用復(fù)位命令。

5.3 I2C接口

ADS1112通過I2C接口進(jìn)行通信，這是一種兩線開漏接口，支持多個(gè)設(shè)備和主設(shè)備在單總線上通信。通信時(shí)，主設(shè)備發(fā)起通信，發(fā)送地址字節(jié)選擇從設(shè)備，并通過時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ADS1112只能作為從設(shè)備，SCL為輸入引腳。

5.4 I2C通用調(diào)用

當(dāng)接收到I2C通用調(diào)用地址（0000000）且第八位為0時(shí)，ADS1112會(huì)響應(yīng)。根據(jù)第二個(gè)字節(jié)的不同，它可以鎖存地址引腳狀態(tài)或進(jìn)行內(nèi)部復(fù)位。

5.5 串行總線地址

主設(shè)備通過發(fā)送包含七個(gè)地址位和一個(gè)方向位的從地址字節(jié)來對(duì)ADS1112進(jìn)行編程。ADS1112的兩個(gè)地址引腳A0和A1可以設(shè)置為低電平、高電平或浮空，從而選擇八個(gè)不同的I2C地址。

5.6 I2C數(shù)據(jù)速率

I2C總線有標(biāo)準(zhǔn)模式（最高100kHz）、快速模式（最高400kHz）和高速模式（最高3.4MHz）三種速度模式。ADS1112與這三種模式完全兼容，但高速模式需要發(fā)送特殊的地址字節(jié)來激活。

5.7 寄存器

ADS1112有兩個(gè)可通過I2C端口訪問的寄存器：輸出寄存器和配置寄存器。輸出寄存器存儲(chǔ)最后一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，配置寄存器用于控制ADS1112的工作模式、輸入選擇、數(shù)據(jù)速率和PGA設(shè)置。

5.8 讀寫操作

讀取時(shí)，先對(duì)ADS1112進(jìn)行讀尋址，然后讀取三個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)是輸出寄存器內(nèi)容，第三個(gè)是配置寄存器內(nèi)容。寫入時(shí)，先對(duì)ADS1112進(jìn)行寫尋址，然后發(fā)送一個(gè)字節(jié)到配置寄存器。

六、應(yīng)用信息

6.1 基本連接

ADS1112的連接相對(duì)簡(jiǎn)單，其全差分電壓輸入適合連接中等低源阻抗的差分信號(hào)源。在轉(zhuǎn)換時(shí)，它會(huì)瞬間吸收電流，因此需要0.1μF的旁路電容。I2C總線的SDA和SCL線需要上拉電阻，電阻值要根據(jù)總線速度和電容來選擇。

6.2 連接多個(gè)設(shè)備

可以通過設(shè)置地址引腳A0和A1，將多個(gè)ADS1112連接到同一總線上。每個(gè)總線只需一組上拉電阻，但可能需要適當(dāng)降低電阻值以補(bǔ)償額外的總線電容。

6.3 使用GPIO端口模擬I2C

如果沒有I2C控制器，可以使用微控制器的GPIO引腳模擬I2C總線協(xié)議。在這種情況下，SCL線可以不使用上拉電阻，但如果總線上有設(shè)備可能拉低時(shí)鐘線，則需要使用上拉電阻。

6.4 單端輸入測(cè)量

雖然ADS1112有兩個(gè)差分輸入，但也可以輕松測(cè)量三個(gè)單端信號(hào)。通過將AIN3引腳接地，并將輸入信號(hào)施加到AIN0、AIN1或AIN2上，然后根據(jù)配置寄存器的選擇讀取數(shù)據(jù)。

6.5 低側(cè)電流監(jiān)測(cè)

在低側(cè)分流型電流監(jiān)測(cè)電路中，ADS1112可以讀取分流電阻上的電壓。建議將ADS1112的增益設(shè)置為8，同時(shí)降低OPA335運(yùn)算放大器的增益。為了保護(hù)ADS1112，輸入線上可以放置限流電阻。

ADS1112是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的16位ADC，在便攜式儀器、工業(yè)過程控制、智能變送器等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。通過深入了解其特性、工作原理和使用方法，我們可以更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的電子系統(tǒng)。你在使用ADS1112的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。