ADS1288 技术文档总结

该ADS1288是一款 32 位、低功耗、模数转换器 （ADC），具有可编程增益放大器 （PGA） 和有限脉冲响应 （FIR） 滤波器。该ADC专为地震设备苛刻要求而设计，需要低功耗以延长电池运行时间。

低噪声PGA将ADC动态范围扩展到增益1至64。PGA 允许直接连接到检波器和变压器耦合水听器，无需外部放大器。可选的单位增益缓冲器可降低功耗。
*附件：ads1288.pdf

该ADC集成了一个高分辨率的δ-Σ（ΔΣ）调制器和一个具有可编程相位响应的FIR滤波器。高通滤波器从信号中去除直流和低频成分。采样率转换器可补偿时钟频率误差，频率精度高达7ppb。

该ADC支持3.3V工作电压，以最大限度地降低器件功耗。缓冲模式工作时功耗为3mW（典型值），PGA模式工作时功耗为5mW（典型值）。

该ADC采用紧凑的5mm×5mm VQFN封装，在–40°C至+85°C环境温度范围内完全额定。

特性

• 功耗：
  • PGA 工作：5mW（典型值）
  • 缓冲器作：3mW（典型值）
• 动态范围：
  • PGA增益：1， 500SPS（122dB，典型值）
  • 缓冲器作：500SPS（122dB，典型值）
• 总谐失真：< –120dB（典型值）
• CMRR：120dB（典型值）
• 灵活的数字滤波器：
  • 可选 sinc + FIR + IIR
  • 线性或最小相位
  • 高通滤波器
• 数据速率：125SPS 至 2000SPS
• PGA 增益：1 到 64
• SYNC 输入
• 时钟误差补偿
• 双通道多路复用器
• 失调和增益校准
• 通用数字 I/O
• 模拟电源作：5V、3.3V 或 ±2.5V

参数

方框图

一、产品概述

ADS1288 是德州仪器推出的 32 位高精度 ΔΣ 模数转换器（ADC） ，专为地震监测、能源勘探、地球科学等对低功耗与高分辨率要求严苛的场景设计。其核心优势在于低功耗运行（PGA 模式典型 5mW、缓冲模式典型 3mW）、122dB 高动态范围及灵活的数字滤波功能，可直接连接地震检波器、变压器耦合水听器等传感器，无需外部放大器，能有效延长电池供电设备的运行时间。

二、核心特性

（一）精度与动态性能

• 分辨率与线性度 ：32 位输出分辨率，支持 1~64 倍可编程增益放大器（PGA），积分非线性（INL）、微分非线性（DNL）误差极小，确保微弱信号精准转换；
• 动态范围 ：500SPS 采样率下，PGA 模式与缓冲模式动态范围均达 122dB（典型值） ，总谐波失真（THD）< -120dB（典型值），共模抑制比（CMRR）120dB（典型值），可有效抑制环境噪声与共模干扰；
• 噪声性能 ：PGA 增益 16 时输入电压噪声密度低至 2.5nV/√Hz，输入电流噪声密度低至 1.4~3pA/√Hz（典型值），适配高阻抗传感器信号采集。

（二）灵活的信号调理与滤波

1. 可编程增益与缓冲
   • PGA 支持 1、2、4、8、16、32、64 共 7 档增益，其中 116 倍为模拟增益，3264 倍为数字增益；
   • 可禁用 PGA 切换至 ** unity-gain 缓冲模式 **，降低功耗的同时支持 ±2.5VPP 宽输入范围（3.3V 供电时需用缓冲模式）。
2. 数字滤波系统
   • 三级滤波架构 ：包含可变抽取率的 5 阶 sinc 滤波器、固定抽取率（32 倍）的 FIR 滤波器（支持线性 / 最小相位选择）、一阶 IIR 高通滤波器；
   • 滤波特性 ：FIR 滤波器通带纹波 ±0.003dB，阻带衰减 135dB，可有效滤除低频干扰与高频噪声；高通滤波器（HPF）截止频率可编程（0.1~10Hz），能去除直流分量与低频漂移；
   • 采样率适配 ：数据率（fDATA）可在 125SPS~2000SPS 间调节，不同数据率对应不同滤波带宽（如 500SPS 时，-3dB 带宽约 206.5Hz）。

（三）低功耗与多供电适配

• 功耗控制 ：PGA 模式典型功耗 5mW，缓冲模式典型功耗 3mW，掉电模式电流仅 1~5μA，支持软件待机（STANDBY）与硬件掉电（PWDN 引脚）；
• 供电灵活性 ：模拟供电（AVDD1/AVDD2）支持 3.3V、5V 或 ±2.5V，数字 I/O 供电（IOVDD）支持 1.651.95V 或 2.73.6V，适配不同系统电源架构。

（四）同步与校准功能

• 同步机制 ：支持 SYNC 引脚同步（脉冲同步 / 连续同步）与软件同步命令，可实现多器件协同采集，同步后数字滤波器自动重启以保证数据时序一致性；
• 校准功能 ：内置 24 位偏移校准寄存器与 24 位增益校准寄存器，支持自动校准（OFSCAL/GANCAL 命令）与手动校准，校准范围覆盖 ±6% 满量程（FSR），可补偿温漂与器件误差；
• 时钟误差补偿 ：采样率转换器（SRC）支持 ±244ppm 时钟频率误差补偿，分辨率达 7.45ppb，确保高频率精度场景下的数据准确性。

三、器件信息

（一）封装与尺寸

型号	封装类型	尺寸	引脚数	关键参数
ADS1288	32 引脚 VQFN（RHB 封装）	5mm×5mm	32	工作温度 - 40~85°C，散热焊盘需连接 AVSS（最负电源）

（二）热学特性

热参数	数值（32 引脚 VQFN）	单位
结到环境热阻（RθJA）	30	°C/W
结到顶部外壳热阻（RθJC (top)）	19.4	°C/W
结到板热阻（RθJB）	10.9	°C/W
工作结温（TJ）	最高 105	°C
存储温度范围	-60~150	°C

四、电气规格

（一）供电与电压

供电引脚	功能	推荐电压范围	备注
AVDD1	PGA 与缓冲器正供电	3~5.25V（相对 AVSS）	单供电时 AVSS 接 GND，双供电时支持 ±2.5V
AVDD2	调制器正供电	2.375~5.25V（相对 AGND）	可与 AVDD1 共接以简化供电
AVSS	PGA 负供电	0V（单供电）/-2.625~0V（双供电）	需与 AGND 单点连接
IOVDD	数字 I/O 与内核供电	1.651.95V 或 2.73.6V	1.65~1.95V 时可与 CAPD 引脚短接（禁用内部 LDO）

（二）输入特性

• 模拟输入 ：2 路差分输入（AIN1±/AIN2±），输入范围 ±VREF / 增益（VREF 典型 2.5V），PGA 模式输入电压需满足 AVSS+1.1VAVDD1-0.85V，缓冲模式支持 AVSS+0.1VAVDD1-0.1V；
• 参考电压 ：差分参考输入（REFP/REFN），推荐 2.5V（范围 2.4~2.6V），参考输入电流 80μA/V（典型值），需外接 0.1μF+10μF 电容滤波。

（三）时序与采样特性

• 时钟输入 ：CLK 引脚需接入 3~4.15MHz 时钟（推荐 4.096MHz 晶振），时钟抖动需极小以避免性能劣化；
• 采样率与延迟 ：数据率（fDATA）125~2000SPS，线性相位 FIR 滤波器群延迟 31/fDATA，最小相位 FIR 滤波器建立时间 62/fDATA（如 500SPS 时群延迟 62μs）；
• 同步与复位时序 ：SYNC 引脚高电平需保持 2 个 CLK 周期，RESET 引脚低电平需保持 2 个 CLK 周期，确保器件稳定重启。

五、功能模块详解

（一）模拟前端与信号调理

1. 输入多路复用器（MUX） ：支持 2 路差分输入切换，内置短路测试模式（0Ω/400Ω 短路），可用于 offset 与噪声自检，400Ω 模式可模拟地震检波器热噪声；
2. PGA 与缓冲器 ：PGA 采用斩波稳定架构，降低 1/f 噪声与输入失调电压（校准后失调误差 ±1μV）；缓冲器由电荷泵提升供电电压，扩展输入动态范围；
3. 输入保护 ：模拟输入内置 ESD 钳位二极管，耐受 AVSS-0.3V~AVDD1+0.3V 过压，建议系统级增加 TVS 管（如 TVS0701）防护 ESD 事件。

（二）ΔΣ 调制器与数字滤波

• 调制器 ：多比特 ΔΣ 架构，通过噪声整形将量化噪声推至高频，采样频率 fMOD= fCLK/4（4.096MHz 时钟时为 1.024MHz），过载时恢复特性稳定，无数据丢失风险；
• FIR 滤波器 ：4 级结构（2 级半带滤波 + 2 级整形滤波），线性相位模式保证多频信号无相位失真，最小相位模式降低延迟（如 500SPS 时延迟 124μs）；
• IIR 高通滤波器 ：截止频率通过 HPF [15:0] 寄存器编程，可快速去除直流偏移（如 0.1Hz 截止频率适用于长期地震监测）。

（三）数字接口与控制

• SPI 接口 ：4 线 SPI（CS、SCLK、DIN、DOUT），支持模式 0（CPOL=0、CPHA=0），DRDY 引脚（低有效）指示数据就绪，可直接读取数据或通过命令（RDATA）重读历史数据；
• 命令集 ：支持唤醒（WAKEUP）、待机（STANDBY）、同步（SYNC）、复位（RESET）、校准（OFSCAL/GANCAL）等命令，寄存器读写支持多字节连续操作；
• 通用 I/O（GPIO） ：2 路 GPIO 引脚（GPIO0/GPIO1），可配置为输入或输出，用于控制外部开关或诊断测试，未使用时需下拉避免浮空。

（四）校准与补偿

1. 偏移校准 ：短接输入后发送 OFSCAL 命令，81 个转换周期后完成校准，OFFSET [23:0] 寄存器自动更新补偿值；
2. 增益校准 ：施加满量程校准信号（如 2.4V@增益 1），发送 GANCAL 命令，校准后 GAIN [23:0] 寄存器值确保输出与输入信号匹配；
3. HPF 初始化 ：启用高通滤波器时，可将 OFFSET 寄存器值作为 HPF 累加器初始值，缩短滤波器建立时间（无需等待直流分量自然衰减）。

六、应用设计指南

（一）电源与去耦设计

• 供电架构 ：模拟电源（AVDD1/AVDD2）与数字电源（IOVDD）独立布线，推荐 “线性稳压器（LDO）+ 电容去耦” 组合（如 AVDD1 用 TPS7A4700），避免数字噪声耦合至模拟电路；
• 去耦配置 ：AVDD1/AVDD2 引脚旁并联 1μF+0.1μF 陶瓷电容，IOVDD 旁并联 1μF+0.1μF 电容，CAPD（LDO 输出）旁并联 220nF 电容，均需靠近引脚放置以减少寄生电感。

（二）PCB 布局要点

1. 信号隔离 ：模拟输入（AIN1±/AIN2±）、参考电压（REFP/REFN）与时钟（CLK）布线远离数字电路（如 MCU、SPI 线），差分信号线长度匹配误差 < 5mil，阻抗控制为 100Ω；
2. 接地处理 ：模拟地（AGND）与数字地（DGND）单点连接（推荐在 ADC 下方），散热焊盘连接至 AVSS（单供电时接 AGND），避免地环路；
3. 关键电容 ：PGA 电容（CAPP/CAPN）需用 10nF C0G 材质，缓冲器电容（CAPBP/CAPBN）用 47nF C0G 材质，电荷泵电容（CAPC）用 4.7nF/10V 电容，确保滤波性能稳定。

（三）典型应用电路

• 地震检波器接口 ：检波器信号经 20kΩ termination 电阻（提供偏置电流回路）接入 AIN1±，REF6225 提供 2.5V 参考电压，OPA391 缓冲参考电压用于信号电平偏移（将共模电压设为 AVDD1/2），BAS70 二极管防护输入过压；
• 校准与测试 ：通过 DAC1282 生成低失真测试信号，接入 ADC 输入以验证 THD 性能，测试时可将 CAPP/CAPN 电容增至 10nF 优化性能。

七、器件与文档支持

（一）订购信息与封装

订购型号	封装	数量	RoHS 合规	工作温度
ADS1288IRHBR	32 引脚 VQFN（5mm×5mm）	3000 片 / 卷	是	-40~85°C
ADS1288IRHBT	32 引脚 VQFN（5mm×5mm）	250 片 / 卷	是	-40~85°C

（二）ESD 与可靠性

• ESD 防护：人体放电模型（HBM）±2000V，带电器件模型（CDM）±1000V，操作需遵循静电防护流程；
• 文档支持：可通过 TI 官网订阅文档更新，技术支持通过 TI E2E™论坛获取，包含参考设计、常见问题解答及布局指南。

八、补充说明

• 温度影响 ：-4085°C 工作范围内，增益漂移仅 2ppm/°C（典型值），偏移漂移 0.51μV/°C，定期校准可进一步补偿温漂；
• 多器件同步 ：多片 ADS1288 可通过 SYNC 引脚或同步命令实现协同采集，需确保 CLK 与 SYNC 信号时序一致，避免采样偏差；
• 传感器匹配 ：适配 1000~5000Ω 阻抗的地震检波器，当传感器阻抗为 5000Ω 时，需关注电流噪声 × 阻抗带来的额外噪声（典型增加 0.22μV），可通过 PGA 增益提升抵消。