ADS127L18四通道 / 八通道同步采样 24 位 ADC 产品文档总结

ADS127L14（四通道）和ADS127L18（八进制）是基于单通道ADS127L11的24位、增量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）。
*附件：ads127l18.pdf

特性

• 同时测量四个或八个通道
• 宽带滤波器模式：高达 512kSPS
• 低延迟滤波模式：高达 1365kSPS
• 功率可扩展速度模式：
  • 最大速度：512kSPS
    • 83mW （ADS127L14）
    • 165mW （ADS127L18）
  • 高速：400kSPS
    • 64mW （ADS127L14）
    • 128mW （ADS127L18）
  • 中速：200kSPS
    • 37mW （ADS127L14）
    • 74mW （ADS127L18）
  • 低速：50kSPS
    • 12mW （ADS127L14）
    • 24mW （ADS127L18）
• 具有直流精度的交流性能：（高速模式）
  • 200kSPS时的动态范围：112dB（典型值）
  • 总谐失真：–118dB（典型值）
  • INL：1ppm FSR（典型值）
  • 失调漂移：10nV/°C（典型值）
  • 增益漂移：0.5ppm/°C（典型值）
• 预充电缓冲信号输入
• 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

一、产品概述

ADS127L14（四通道）与 ADS127L18（八通道）是德州仪器推出的 24 位高精度 ΔΣ 型模拟 - to - 数字转换器（ADC） ，核心优势为多通道同步采样、宽动态范围、可编程滤波与功耗缩放，专为测试测量（数据采集、振动仪器）、工业自动化（状态监测）、航空航天（声呐）、医疗（脑电图 EEG）、电网基础设施（电能质量分析仪）等场景设计。两款器件均采用 7mm×7mm 56 引脚 VQFN（RSH 封装），支持 - 40°C 至 + 125°C 宽温工作，通过 4 种功耗可缩放速度模式（最高 512kSPS 采样率）平衡性能与功耗，单通道功耗低至 12mW（低速模式），兼具高精度与低功耗特性。

二、核心参数与性能对比

1. 器件型号差异

参数	ADS127L14（四通道）	ADS127L18（八通道）
采样通道数	4 路差分输入	8 路差分输入
封装	56 引脚 VQFN（RSH）	56 引脚 VQFN（RSH）
最大功耗（全速模式）	83mW	165mW
数据输出 lanes	支持 1/2/4 路	支持 1/2/4/8 路
通道平均模式	支持 2/4 通道分组平均	支持 2/4/8 通道分组平均
典型应用	四通道数据采集（如小型 DAQ 设备）	八通道同步监测（如多通道振动传感器）

2. 关键性能参数（全系列通用）

性能类别	指标详情	备注
静态性能	・分辨率：24 位（无失码）・积分非线性（INL）：1ppm FSR（典型值，高速模式）・失调误差：±30μV（25°C，高速模式）・失调漂移：10nV/°C（典型值）・增益误差：±200ppm FSR（25°C）・增益漂移：0.5ppm FSR/°C（典型值）	高线性度与低漂移保障精密测量，适配传感器校准、微弱信号采集场景
动态性能	・动态范围（DR）：112dB（200kSPS，高速模式）・信噪比（SNR）：112.5dB（1kHz 输入，高速模式）・总谐波失真（THD）：-118dB（1kHz 输入，高速模式）・无杂散动态范围（SFDR）：120dB（1kHz 输入）・通道串扰：-130dB（相邻通道满量程跳变）	低噪声与高抗干扰能力，适合高频信号（如声呐、振动波）采集
采样与滤波	・最高采样率：512kSPS（宽带滤波模式）、1365kSPS（低延迟滤波模式）・滤波类型：宽带 FIR 滤波器（线性相位，80% 奈奎斯特带宽）、低延迟 sinc 滤波器（sinc4/sinc3±sinc1）・过采样率（OSR）：可编程 32-4096，支持噪声与带宽权衡	宽带滤波适配 AC 信号，低延迟滤波适配 DC 信号快速采集
输入特性	・输入范围：±VREF（1x 模式）、±2VREF（2x 模式）・输入缓冲：每通道集成预充电缓冲，降低输入电流（±0.4μA，低速模式）・共模抑制比（CMRR）：120dB（DC 至 10kHz）・正常模式抑制比（NMRR）：100dB（50/60Hz）	高 CMRR 抑制人体干扰、工频噪声，适配医疗、工业强干扰环境
电源与功耗	・模拟电源（AVDD1）：2.85V-5.5V・模拟电源 2（AVDD2）：1.8V-5.5V・数字 I/O 电源（IOVDD）：1.8V・功耗模式：- 全速（512kSPS）：83mW（L14）/165mW（L18）- 高速（400kSPS）：64mW（L14）/128mW（L18）- 中速（200kSPS）：37mW（L14）/74mW（L18）- 低速（50kSPS）：12mW（L14）/24mW（L18）	宽电源范围适配不同供电方案，功耗缩放满足电池供电设备需求
接口与控制	・数据输出：帧同步（FSYNC）端口，支持 TDM 时分复用与菊花链扩展・配置接口：SPI（最高 20MHz）或硬件引脚配置・同步控制：START 引脚支持多通道同步采样・诊断功能：CRC 校验（SPI / 寄存器 / 帧同步）、短路检测、电源监测	灵活接口适配多 MCU/DSP，诊断功能提升系统可靠性

三、硬件设计关键信息

1. 封装与引脚

• 封装类型 ：56 引脚 VQFN（RSH），尺寸 7mm×7mm，暴露热焊盘（背面）需通过至少 6 个 0.3mm 孔径过孔连接至地平面（热阻 RθJA=23.5°C/W，RθJC=1.1°C/W），焊接时热焊盘需与地平面可靠连接，推荐散热铜皮面积≥5mm×5mm。
• 关键引脚功能 ：
  • 模拟输入：AINP0-AINP7/AINN0-AINN7（8 路差分输入，L14 仅用前 4 路）、REFP/REFN（基准电压正负输入，支持 0.5V-4.096V 基准）。
  • 电源与地：AVDD1（2.85V-5.5V 模拟电源 1）、AVDD2（1.8V-5.5V 模拟电源 2）、IOVDD（1.8V 数字 I/O 电源）、AVSS/DGND（模拟地 / 数字地，需单点共地）。
  • 控制与接口：
    • 同步控制：START（采样同步触发，低有效）、RESET（复位，低有效）。
    • 数据输出：FSYNC（帧同步信号）、DCLK（数据时钟）、DOUT0-DOUT7（数据输出，L14 仅用前 4 路）。
    • 配置接口：SCLK（SPI 时钟）、SDI（SPI 数据输入）、SDO（SPI 数据输出）、CS/SPEED（SPI 片选 / 速度模式选择）。
  • 辅助功能：VCM（共模电压输出，(AVDD1+AVSS)/2）、CAPA/CAPD（内部稳压器输出，需外接滤波电容）。

2. 电源与信号设计要求

• 电源设计 ：
  • 供电序列：无强制顺序，但推荐按 “AVDD1→AVDD2→IOVDD” 顺序上电，避免数字噪声干扰模拟电路；掉电时按逆序操作。
  • 去耦设计：AVDD1、AVDD2、IOVDD 引脚需就近布置 2.2μF 钽电容 + 0.1μF 陶瓷电容，CAPA 引脚外接 10μF 电容，CAPD 引脚外接 2.2μF 电容；模拟电源与数字电源需独立布线，推荐搭配低噪声 LDO（如 TPS7A9401），减少电源噪声串扰。
• 信号设计 ：
  • 模拟输入：差分对布线，长度匹配误差 < 3mm，线宽≥0.2mm；输入信号需串联 22Ω 限流电阻（靠近 ADC 引脚），避免过流损坏；推荐使用第四阶抗混叠滤波器（如 THS4551 构成的滤波器），衰减 12.8MHz 以上信号（避免混叠）。
  • 基准电路：REFP/REFN 引脚外接 2.2μF 电容（靠近引脚），基准源推荐使用 REF6041（4.096V 高精度基准），基准线采用屏蔽双绞线，阻抗匹配 50Ω。
  • 数字接口：SPI 信号线与 FSYNC/DCLK 需短距离布线（<8cm），远离模拟输入线（间距≥3mm）；时钟线串联 10Ω 匹配电阻，减少高频噪声耦合。

四、核心功能与配置

1. 多通道同步与滤波控制

• 同步采样 ：通过 START 引脚或 SPI 指令实现所有通道同步采样，采样时刻偏差 <1ns，保障多通道数据时间一致性（如振动传感器阵列、多导联 EEG）。支持 “同步控制模式”（START 脉冲同步）与 “启停控制模式”（START 高电平启动、低电平停止），适配不同采集场景。
• 可编程滤波 ：
  • 宽带滤波器：线性相位 FIR 设计，通带纹波 ±0.0004dB，-3dB 带宽达 0.4374× 采样率，适合 AC 信号（如声呐、动态应变）采集，建立时间 68/fDATA（如 200kSPS 时 340μs）。
  • 低延迟滤波器：sinc4/sinc3±sinc1 拓扑，延迟低至 3.9μs（1365kSPS），适合 DC 信号（如温度、压力）快速采集，支持 OSR=12-4096 可编程，OSR 越高噪声越低（如 OSR=4096 时噪声 0.32μVrms）。

2. 功耗缩放与通道管理

• 速度模式 ：4 种预设速度模式，可通过 SPI 或硬件引脚配置，平衡采样率、功耗与噪声：
  • 全速模式：512kSPS（宽带）/1365kSPS（低延迟），功耗 83mW（L14），适合高速信号采集。
  • 低速模式：50kSPS（宽带）/133kSPS（低延迟），功耗 12mW（L14），适合电池供电设备。
• 通道平均 ：支持 2/4/8 通道分组平均（L18），通过多通道数据平均提升分辨率（如 8 通道平均动态范围提升 9dB），适配高精度测量场景（如微量应变监测）。
• 独立掉电 ：每通道可通过 CHn_PWDN 寄存器独立掉电，掉电通道输出保持最后数据，闲置通道功耗降至 < 1μA，优化系统功耗。

3. 校准与诊断功能

• 校准功能 ：每通道集成 24 位失调校准寄存器（CHn_OFS）与增益校准寄存器（CHn_GAN），支持软件校准：
  • 失调校准：短接输入至中压，采集数据写入失调寄存器，抵消零点误差。
  • 增益校准：输入已知电压（如 3.9V，VREF=4.096V），按公式计算增益系数写入增益寄存器，修正增益误差。
• 诊断机制 ：
  • 错误检测：ERROR 引脚指示错误（如电源欠压、SPI CRC 错误、寄存器 CRC 错误），STATUS 寄存器实时反馈错误类型。
  • CRC 校验：支持 SPI 通信 CRC（8 位）、寄存器映射 CRC（16 位）、帧同步数据 CRC（8 位），避免数据传输错误。
  • 时钟监测：CLK_CNT 寄存器监测时钟频率（fCLK/32），确保时钟稳定性（如外部晶振故障检测）。

五、应用设计与布局

1. 典型应用场景

• 多通道振动监测 ：采用 ADS127L18 八通道同步采样，搭配 8 路 IEPE 振动传感器，通过宽带滤波器（OSR=64，200kSPS）采集振动信号，帧同步接口以 TDM 模式输出数据，实时分析设备振动频谱，判断故障状态。
• 医疗 EEG 设备 ：使用 ADS127L14 四通道，低延迟滤波器（OSR=256，128kSPS）采集脑电信号，高 CMRR（120dB）抑制工频干扰，VCM 引脚提供共模电压，保障微弱 EEG 信号（10μV-1mV）采集精度。
• 电能质量分析仪 ：ADS127L14 采集电压、电流信号，宽带滤波器（OSR=32，400kSPS）捕获高频谐波，通过高 SFDR（120dB）保障谐波分析精度，支持电网 50/60Hz 基波与谐波测量。

2. PCB 布局准则

• 分区设计 ：模拟区（AINP/AINN、REFP/REFN）、数字区（SPI / 帧同步接口）、电源区严格分离，模拟地与数字地仅在热焊盘处单点连接；数字信号线与模拟输入线间距≥3mm，避免串扰。
• 布线要求 ：
  • 模拟输入：差分对采用等长布线（误差 < 3mm），屏蔽层单端接地（靠近 ADC 端）；输入滤波器（如 THS4551 构成的四阶滤波器）靠近 ADC 放置，减少信号损耗。
  • 基准电路：REFP/REFN 线长 < 5cm，无过孔；基准电容直接焊接在引脚旁（<2mm），避免基准噪声。
  • 电源布线：AVDD1 与 AVDD2 独立走层，线宽≥0.3mm；去耦电容与电源引脚间无过孔，保障滤波效果。
• 热设计 ：暴露热焊盘通过 8 个 0.3mm 孔径过孔连接至地平面，热焊盘周围预留 1mm 散热铜皮，避免高温导致噪声增大（结温≤125°C）。