ADS117L18 512kSPS、16位、8通道、同步采样、宽带宽、Δ-Σ ADC技术手册

ADS117L14（四通道）和ADS117L18（八进制）是 16 位、三角形 Σ （ΔΣ）、模数转换器 （ADC）。这些器件提供4个或8个通道的同步采样，数据速率高达512kSPS（宽带滤波器模式）和1365kSPS（低延迟滤波器模式）。24位ADS127L14（四通道）和ADS127L18（八进制）ADC是引脚兼容器件，可提高分辨率。
*附件：ads117l18.pdf

特性

• 同时测量四个或八个通道
• 宽带滤波器模式：高达 512kSPS
  • 线性相位响应
  • ±0.0004dB通带纹波
  • 106dB阻带衰减
• 低延迟滤波模式：高达 1365kSPS
  • 3.9μs 转换延迟
• 功率可扩展速度模式：
  • 最大转速：21mW/ch （512kSPS/1365kSPS）
  • 高速：16mW/ch （400kSPS/1067kSPS）
  • 中速：9mW/ch （200kSPS/533kSPS）
  • 低速：3mW/ch （50kSPS/133kSPS）
• 高精度：
  • 200kSPS时的SNR：97.7dB（典型值）
  • 总谐波差：–115dB（典型值）
  • INL：0.5LSB（典型值）
  • 失调漂移：60nV/°C（典型值）
  • 增益漂移：1ppm/°C FSR（典型值）
• 预充电缓冲信号输入
• 双极或单极电源作
• ±VREF 或 ±2VREF 输入范围
• 可通过引脚设置或 SPI 进行编程
• 用于输出数据的帧同步端口
• 内部或外部时钟作
• 模拟电源电压：2.85V 至 5.5V

参数

方框图

ADS117L14（4 通道）与 ADS117L18（8 通道）是 16 位 ΔΣ 架构同步采样模数转换器（ADC），主打高采样精度、宽频带处理与灵活功耗控制，集成可编程滤波器、多模式配置接口及诊断功能，适用于测试测量、工业自动化、医疗等高精度多通道数据采集场景。

一、核心特性

1. 采样与信号性能

• 数据率与滤波器 ：支持两种核心滤波模式，宽带滤波器（最高 512kSPS，线性相位、106dB 阻带衰减）适配交流信号，低延迟滤波器（最高 1365.3kSPS，3.9μs 转换延迟）适配直流信号；提供 4 档功率可缩放速度模式，功耗随数据率降低显著减少（如低速模式单通道功耗低至 3mW）。
• 精度指标 ：200kSPS 时信噪比（SNR）典型值 97.7dB，总谐波失真（THD）低至 - 115dBc，积分非线性（INL）±1LSB，失调漂移 60nV/℃，增益漂移 1ppm/℃，宽温范围（-40℃至 125℃）内性能稳定。
• 输入配置 ：支持 ±VREF 或 ±2VREF 差分输入范围，集成输入预充电缓冲器，可降低输入电流（缓冲开启时典型 ±0.4μA）与采样噪声；兼容单极性 / 双极性供电，VCM 引脚提供（AVDD1+AVSS）/2 共模电压，用于外部放大器电平匹配。

2. 集成功能与接口

• 可编程模块 ：过采样比（OSR）可配置（32-4096），调节信号带宽与噪声；支持 sinc4、sinc4+sinc1 等 4 种低延迟滤波器拓扑，50/60Hz 工频噪声抑制比（NMRR）达 100dB。
• 配置与控制 ：支持硬件引脚配置（MODE 引脚选择，无需 SPI）或 SPI 编程（16 位命令帧，可选 CRC 校验）；START 引脚实现多通道同步采样，RESET 引脚支持手动复位，8 个 GPIO 引脚可复用为数据接口或控制信号。
• 诊断与可靠性 ：集成 CRC 校验（SPI 接口与寄存器映射）、调制器饱和检测（MOD_FLAG）、电源电压监控（ALV_FLAG/POR_FLAG）；ERROR 引脚实时指示故障，支持通道独立掉电（CHn_PWDN）与待机模式，降低闲置功耗。

3. 电源与时钟

• 电源需求 ：需多组独立电源，模拟电源 AVDD1（2.85-5.5V）、AVDD2（1.74-5.5V），数字电源 IOVDD（1.65-1.95V），负电源 AVSS（可接地或负压，如 - 2.5V 实现双极性输入）；关键引脚需并联 X7R 陶瓷电容滤波（如 CAPA 引脚 10μF、REFP 引脚 2.2μF）。
• 时钟选项 ：支持内部振荡器（25.6MHz，仅推荐直流测量）或外部时钟（0.5-33.66MHz），时钟分频器（1/2/3/4/8 倍）可调整 ADC 核心时钟；外部时钟需低抖动（如 100kHz 信号允许≤50ps RMS 抖动），避免 SNR 性能退化。

二、适用场景

凭借多通道同步采样、高抗干扰能力及宽温特性，两款芯片主要应用于以下领域：

• 测试测量 ：数据采集（DAQ）、振动分析仪、声学检测设备，利用同步采样与高 SNR 实现多通道信号精准捕获。
• 工业自动化 ：设备状态监控、电机控制，通过低延迟滤波与高共模抑制比（CMRR 达 115dB），抗工业环境干扰。
• 医疗与航空航天 ：脑电图（EEG）、声呐系统，依托宽温工作范围（-40℃至 125℃）与低失真特性，适配高精度生物信号或恶劣环境采集。
• 电网基础设施 ：电能质量分析仪，支持 50/60Hz 工频噪声抑制，准确测量电压、电流谐波与功率参数。

三、硬件设计要点

1. 电源与信号布线

• 电源布局 ：模拟地（AGND）与数字地（DGND）单点连接，避免地环路；AVDD1/AVDD2/IOVDD 需独立电源平面，关键电源引脚（如 AVDD1、CAPA）的滤波电容紧贴引脚放置，减少寄生电感。
• 信号处理 ：模拟输入（AINP/AINN）、参考电压（REFP/REFN）需差分走线（阻抗 100Ω，长度匹配误差≤5mil），与数字信号（SPI、Frame-Sync）间距≥2mm，降低串扰；时钟信号（CLKIN）需串联匹配电阻（如 10Ω），减少 ringing 干扰。

2. 抗混叠滤波

• 输入需外接低通滤波器（如 4 阶 RC），抑制调制器采样频率（fMOD）附近的带外信号，避免混叠。例如高 - speed 模式（fMOD=12.8MHz）下，需 90dB 衰减以确保信号纯净，推荐使用 THS4551 全差分放大器搭建滤波电路。

3. 热设计

• 采用 7mm×7mm 56 引脚 VQFN 封装（RSH），结到环境热阻（RθJA）23.5℃/W；散热焊盘需通过至少 4 个过孔连接至接地平面，PCB 铜皮面积不小于封装面积 2 倍，确保高负载下结温（Tj）≤150℃。

四、工作模式与校准

1. 核心工作模式

• 同步控制 ：START 引脚上升沿触发多通道同步，后续采样持续进行，支持连续时钟触发以维持时序对齐；时钟分频比＞1 时，通道间仍同步，但需注意相位不确定性。
• 启停控制 ：START 引脚高电平启动采样，低电平停止（当前转换完成后终止），适合单次 / 间歇采样；停止前需提前 24 个 DACLK 周期置位 STOP 信号，避免数据不完整。
• 掉电与待机 ：支持单通道掉电（输出最后一次采样值）或全局待机（模拟部分断电，待机电流 60μA），重启时需等待 300μs 以确保稳定。

2. 校准流程

• 偏移校准 ：短接输入通道（通过 CHn_MUX 配置），采集数据并取平均值，写入 24 位偏移寄存器（CHn_OFS），抵消零点误差。
• 增益校准 ：施加已知电压（如 3.9V，避免超量程），采集数据并计算实际增益，写入 24 位增益寄存器（CHn_GAN，归一化值 400000h 对应增益 1），修正增益误差。

五、接口与数据输出

1. Frame-Sync 数据端口

• 支持 1/2/4/8 通道时分复用（TDM），数据格式为 16 位二进制补码（双极性）或无符号二进制（单极性）；可级联多器件（Daisy-Chain），减少数据 lanes，级联时需确保所有器件时钟分频比为 1。
• 数据包含可选 STATUS_DP 头字节（通道 ID、调制器饱和状态等）与 CRC 字节，提升数据完整性；DCLK 频率需满足传输需求，例如 8 通道 ADS117L18（200kSPS、4 lane、32 位包）需 DCLK≥12.8MHz。

2. SPI 配置接口

• 兼容 SPI 模式 1（CPOL=0，CPHA=1），支持寄存器读写与软件复位；可选 SPI CRC（基于 CRC-8-ATM 多项式）与寄存器映射 CRC（基于 CRC-16-IBM 多项式），检测传输与寄存器篡改错误。

六、订单与封装信息

型号	通道数	封装	温度范围	包装方式	RoHS 合规
ADS117L14IRSHR	4	56 引脚 VQFN	-40℃至 125℃	2500 片卷带（LARGE T&R）	是
ADS117L18IRSHR	8	56 引脚 VQFN	-40℃至 125℃	2500 片卷带（LARGE T&R）	是

两款芯片引脚兼容 24 位分辨率的 ADS127L14/ADS127L18，可无缝替换以提升分辨率，无需修改 PCB 布局。