Texas Instruments ADS130B04-Q1 4通道32kSPS Delta-Sigma（ΔΣ）模数转换器（ADC）提供宽动态范围、低功耗和缓冲模拟输入。这些特性使该设备成为汽车电池管理系统（BMS）的理想之选。ADC输入可直接连接分流电阻器（用于双向电池电流测量）、电阻分压器网络（用于高压测量）或温度传感器（例如热敏电阻器或模拟输出温度传感器）。

数据手册：*附件：Texas Instruments ADS130B04-Q1 4通道32kSPS Δ-Σ ADC数据手册.pdf

Texas Instruments ADS130B04-Q1单独ADC通道可以根据传感器输入进行独立配置。低噪声、可编程增益放大器 (PGA) 提供了从1到128的增益，以放大低电平信号。该器件具有全局斩波模式，可在整个温度和时间范围内消除失调漂移。该器件集成了低漂移、1.2V电压基准和精密振荡器，从而可减小印刷电路板 (PCB) 面积。在数据输入、数据输出和寄存器映射上可选的循环冗余校验 (CRC) 可保持通信完整性。

该完整模拟前端 (AFE) 采用20引脚TSSOP封装，可在–40°C至+125°C汽车温度范围内正常工作。

特性

• 符合汽车应用类AEC-Q100标准
  • -40°C至+125°C，TA 温度等级为1
• 支持功能安全
  • 来辅助功能安全系统设计的文档
• 两个同步采样差分输入ADC
• 可编程数据速率：高达32kSPS
• 可编程增益：高达128
• 全局斩波模式，可在整个温度和时间范围内消除失调漂移
• 可实现直接传感器连接的高阻抗模拟输入
• 集成的负电荷泵允许输入信号测量值低于接地值
• 通道间串扰：–120dB
• 1.2V低漂移内部基准
• 精密内部振荡器
• 用于通信和寄存器映射的循环冗余校验器 (CRC)
• 2.7V至3.6V模拟和数字电源
• 低功耗：3mW（3.3V AVDD和DVDD时）

功能框图

德州仪器ADS130B04-Q1汽车级Δ-Σ ADC技术解析

一、产品概述

德州仪器(TI)的ADS130B04-Q1是一款面向汽车电子应用的4通道同步采样Δ-Σ型模数转换器，具有出色的精度和低功耗特性。作为AEC-Q100认证的汽车级器件，它能在-40°C至+125°C的严苛环境下稳定工作，特别适合电池管理系统(BMS)、电动汽车充电站和储能系统等关键应用场景。

该ADC采用16位分辨率架构，支持最高32kSPS的采样率，集成了可编程增益放大器(PGA)和精密内部基准电压源，显著简化了系统设计。其突出的特点包括：

• ‌四通道同步采样‌：所有通道同时捕获信号，确保多通道测量的时间一致性
• ‌宽动态范围‌：PGA增益可编程至128倍，支持从±9.375mV到±1.2V的满量程输入范围
• ‌低功耗设计‌：三种功率模式可选，最低功耗仅5mW
• ‌高集成度‌：内置1.2V基准电压和精密振荡器，减少外部元件需求

二、关键特性与技术参数

1. 模拟前端特性

ADS130B04-Q1的每个通道都配备了独立的高阻抗输入缓冲器和PGA，输入阻抗在全局斩波模式下可达1GΩ以上。其模拟特性包括：

• ‌可编程增益‌：1/2/4/8/16/32/64/128八档可选
• ‌输入范围‌：支持差分输入电压低至AGND-0.3V（借助内部负电荷泵）
• ‌通道间串扰‌：优于-120dB
• ‌CMRR‌：典型值128dB（DC，全局斩波模式启用时）

2. 转换性能

器件采用Δ-Σ架构配合数字滤波实现高精度转换：

• ‌ 积分非线性(INL) ‌：±10ppm FSR（最佳拟合）
• ‌偏移误差‌：±200μV（全局斩波禁用）
• ‌增益误差‌：±0.2%（含内部基准误差）
• ‌噪声性能‌：在OSR=16384、增益=1时仅36.62μV RMS

3. 时钟系统

提供灵活的时钟配置方案：

• ‌外部时钟输入‌：支持8.192MHz/4.096MHz/2.048MHz
• ‌内部振荡器‌：8.192MHz±0.5%，含时钟分频器
• ‌三种功率模式‌：
  • 高分辨率模式(HR)：fMOD=4.096MHz
  • 低功耗模式(LP)：fMOD=2.048MHz
  • 极低功耗模式(VLP)：fMOD=1.024MHz

三、典型应用设计

1. 电池管理系统(BMS)实现

在汽车BMS中，ADS130B04-Q1可同时测量：

• ‌电流检测‌：通过分流电阻直接连接
• ‌电压监测‌：配合外部电阻分压网络
• ‌温度传感‌：支持热敏电阻和模拟输出温度传感器

设计要点：

• 使用全局斩波模式消除温漂（偏移漂移降至30nV/°C）
• 高增益通道需注意布局隔离（如电流检测通道）
• 启用CRC校验确保通信可靠性

2. 电源设计建议

• ‌ 模拟电源(AVDD) ‌：2.7-3.6V，需1μF去耦电容
• ‌ 数字电源(DVDD) ‌：2.7-3.6V，需1μF去耦电容
• ‌CAP引脚‌：连接220nF电容至DGND
• ‌电源时序‌：无特殊要求，但建议AVDD先于DVDD上电

3. 布局指南

• 采用星型接地，分离模拟/数字地平面
• 敏感信号走线远离数字线路
• 缩短基准旁路电容的走线长度
• 示例布局中，模拟输入应布置在器件一侧，数字接口在另一侧

四、寄存器配置与接口

ADS130B04-Q1通过SPI接口（模式1，CPOL=0/CPHA=1）进行配置，主要功能寄存器包括：

‌ 1. 通道配置寄存器(CHn_CFG) ‌

• 控制输入多路复用器选择（AIN/AGND/测试信号）
• 设置斩波模式和偏置电流

‌ 2. 增益寄存器(GAIN) ‌

• 独立设置各通道PGA增益（1-128）

‌ 3. 时钟寄存器(CLOCK) ‌

• 选择时钟源（外部/内部）
• 设置功率模式和OSR
• 控制SYNC/RESET功能

‌4. 数据输出寄存器‌

• 16位转换结果（二进制补码格式）
• 包含DRDY状态标志

典型初始化序列：

1. 复位后等待250μs POR时间
2. 配置时钟源和功率模式
3. 设置各通道增益和输入配置
4. 启用全局斩波（如需要）
5. 启动连续转换模式

五、性能优化技巧

1. ‌噪声控制‌：
   • 高分辨率模式下OSR设为16384可获得最佳SNR
   • 启用全局斩波可降低1/√2噪声
   • 避免输入信号超过(AVDD+0.3V)或低于(AGND-0.3V)
2. ‌功耗管理‌：
   • 极低功耗模式可降低至5mW（增益=1时）
   • 禁用未使用通道节省功耗
   • 待机模式电流仅0.4μA
3. ‌温度补偿‌：
   • 内部基准温漂典型30ppm/°C
   • 周期性自校准可抵消长期漂移
   • 利用测试信号进行在线诊断