Texas Instruments ADS127L21 24位Δ-Σ(ΔΣ)模数转换器 (ADC) 具有可编程数字滤波器，数据速率高达512kSPS。该ADC采用宽带滤波器，使用低延迟滤波器时高达1365kSPS。该器件将交流性能和直流精度完美结合，功耗低。可编程无限和有限脉冲响应（IIR和FIR）数字滤波器支持自定义滤波器配置文件，例如A加权补偿和频率凹槽滤波器。宽带或低延迟滤波器选项可优化直流信号的交流信号性能或数据吞吐量，均集成在一个器件中。

数据手册：*附件：Texas Instruments ADS127L21 24位三角积分 (ΔΣ) 模数转换器数据手册.pdf

该低漂移调制器可实现出色的直流精度和低宽带噪声，从而实现出色的交流性能。该电源可扩展架构具有四种速度模式，可优化数据速率、分辨率和功耗。信号和基准输入缓冲器可降低驱动器负载，从而提高精度。该串行接口具有菊花链功能，可减少隔离栅上的信号线路数量。SPI输入数据和寄存器存储器内容由循环冗余校验 (CRC) 验证，以提高运行可靠性。小型3mm × 3mm WQFN封装设计用于空间受限的应用。Texas Instruments ADS127L21的额定工作温度范围为–40°C至+125°C。

特性

• 可编程FIR滤波器
• 可编程IIR滤波器
• 宽带或低延迟滤波器模式
• 可编程数据速率
  • 宽带滤波器：512kSPS
  • 低延迟滤波器：1.365MSPS
• 转换延迟（低延迟滤波器）：3µs
• 交流精度，直流精度
  • 动态范围（200kSPS）：111.5dB（典型值）
  • THD：-125dB（典型值）
  • INL：FS为0.4ppm（典型值）
  • 温漂：50nV/°C（典型值）
  • 增益漂移：0.5ppm/°C（典型值）
• 功率可扩展速度范围
  • 最大速度：512kSPS，33mW（典型值）
  • 高速：400kSPS，26mW（典型值）
  • 中速：200kSPS，14mW（典型值）
  • 低速：50kSPS，4.3mW（典型值）
• 输入范围：±VREF 或±2VREF
• 缓冲输入
• 内部或外部时钟运行
• 支持功能安全
  • 来辅助功能安全系统设计的文档

功能框图

德州仪器ADS127L21高精度24位ΔΣ模数转换器技术解析

一、产品概述

德州仪器(TI)的ADS127L21是一款高性能24位三角积分(ΔΣ)模数转换器(ADC)，具有可编程数字滤波器特性，专为要求苛刻的工业测量应用而设计。该器件在2023年3月发布并于2025年8月修订，代表了TI在精密数据转换领域的最新成果。

‌关键特性‌：

• 可编程FIR和IIR数字滤波器
• 支持宽带(512kSPS)和低延迟(1.365MSPS)两种滤波器模式
• 出色的AC性能与DC精度结合
• 四种可调节速度模式优化功耗
• 宽输入范围：±VREF或±2VREF
• 带缓冲的输入和参考输入
• 支持内部或外部时钟操作
• 功能安全能力认证

二、核心架构与工作原理

ADS127L21采用先进的ΔΣ调制器架构，结合可配置的数字滤波系统，实现了高分辨率与宽带宽的完美平衡。

2.1 模拟前端设计

器件采用全差分输入结构，支持单极性和双极性信号输入配置：

• ‌单极性模式‌：AVDD1=5V，AVSS=0V
• ‌双极性模式‌：AVDD1=2.5V，AVSS=-2.5V

输入电路包含可编程预充电缓冲器，可显著降低外部驱动器的负载要求。输入范围可通过寄存器配置为±VREF(1x)或±2VREF(2x)，在低参考电压下提供额外信号余量。

2.2 参考电压系统

参考电压输入为差分设计(VREF = VREFP - VREFN)，支持两个范围：

• ‌低参考范围‌：0.5V至2.75V
• ‌高参考范围‌：1V至(AVDD1 - AVSS)

器件集成了参考预充电缓冲器选项，可降低参考输入电流并提高系统精度。典型应用中，建议使用4.096V参考电压以获得最佳噪声性能。

2.3 时钟系统

ADS127L21提供灵活的时钟方案：

• ‌外部时钟模式‌：最高32.768MHz
• ‌内部振荡器‌：固定25.6MHz(仅适用于DC信号测量)
• 可编程时钟分频器(÷1, ÷2, ÷8, ÷16)

时钟选择直接影响调制器采样频率(fMOD = fCLK/2)和最终数据速率。

三、数字滤波系统

ADS127L21的突出特点是其可编程数字滤波系统，提供两种工作模式满足不同应用需求。

3.1 宽带滤波器模式

专为AC信号测量优化，特点包括：

• 最高512kSPS输出数据率(最大速度模式)
• 包含Sinc5预滤波器、三个FIR阶段和四双二阶IIR滤波器
• 默认系数提供0.0004dB通带纹波和106dB阻带衰减
• 用户可编程128抽头FIR3滤波器和4个双二阶IIR滤波器

‌典型性能‌：

• 111.5dB动态范围(200kSPS)
• -125dB THD(典型)
• 0.4ppm积分非线性(典型)

3.2 低延迟滤波器模式

针对快速响应DC测量优化：

• 最高1.365MSPS输出数据率
• 可配置为Sinc3或Sinc4滤波器
• 可选级联Sinc1滤波器进一步降低延迟
• 转换延迟最短仅3μs(低延迟滤波器)

四、电源管理与工作模式

ADS127L21采用创新电源架构实现高性能与低功耗平衡：

4.1 电源系统

• AVDD1(5V)：供电输入缓冲器和采样开关
• AVDD2(1.8V-5V)：通过内部稳压器供电调制器
• IOVDD(1.65V-5.5V)：数字I/O和内核电源

4.2 工作模式

1. ‌最大速度模式‌：33mW@512kSPS
2. ‌高速模式‌：26mW@400kSPS
3. ‌中速模式‌：14mW@200kSPS
4. ‌低速模式‌：4.3mW@50kSPS

器件还支持待机模式(35μA)和完全关断模式(5μA)，适合便携式应用。

五、应用领域

凭借其卓越性能，ADS127L21非常适合以下应用场景：

5.1 测试测量

• 数据采集系统(DAQ)
• 声学和动态应变测量
• 功率质量分析仪

5.2 工业自动化

• 振动监测
• 状态监测系统
• 过程控制

5.3 医疗设备

• 多普勒超声
• 医疗成像系统
• 病人监护设备

六、设计考虑要点

1. ‌输入驱动‌：启用输入预充电缓冲可降低对驱动放大器带宽要求
2. ‌抗混叠滤波‌：建议至少二阶滤波器抑制fMOD频率成分
3. ‌参考设计‌：使用22μF+1μF+0.1μF电容组合滤除采样干扰
4. ‌PCB布局‌：分离模拟和数字地，最短化关键信号路径
5. ‌时钟抖动‌：<10ps RMS抖动保证AC性能