ADS127L21 技术文档总结

该ADS127L21是一款 24 位、Δ-Σ （ΔΣ）、模数转换器 （ADC），具有可编程数字滤波器。该数字滤波器使用宽带滤波器的数据速率高达 512kSPS，使用低延迟滤波器的数据速率高达 1365kSPS。该器件提供了交流性能和直流精度的完美组合，功耗低。

可编程无限和有限脉冲响应（IIR 和 FIR）数字滤波器允许自定义滤波器配置文件，例如 A 加权补偿和频率陷波滤波器。宽带或低延迟滤波器选项可在一台器件中优化交流信号性能或直流信号的数据吞吐量。
*附件：ads127l21.pdf

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。功耗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减少驱动器负载，从而提高精度。

串行接口具有菊花链功能，可减少隔离栅上的信号线数量。SPI输入数据和寄存器存储器内容通过循环冗余校验（CRC）进行验证，以提高运行可靠性。

小型 3mm × 3mm WQFN 封装专为空间有限的应用而设计。该器件完全符合–40°C至+125°C温度范围的额定工作。

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（低延迟过滤器）：3μs
• 交流精度与直流精度：
  • 动态范围 （200kSPS）：111.5dB（典型值）
  • 总谐波差：–125dB（典型值）
  • INL：0.4ppm 的 FSR（典型值）
  • 失调漂移：50nV/°C（典型值）
  • 增益漂移：0.5ppm/°C（典型值）
• 功率可扩展的速度范围：
  • 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
• 内部或外部时钟作

参数

方框图

一、产品概述

ADS127L21 是一款 24 位高精度 ΔΣ ADC，主打宽频带与低延迟特性，支持可编程数字滤波器（FIR/IIR），最高数据速率在宽带滤波器模式下达 512kSPS，低延迟滤波器模式下达 1.365MSPS。器件具备出色的交流性能（如动态范围 111.5dB、总谐波失真 - 125dB）与直流精度（积分非线性 0.4ppm FSR、失调漂移 50nV/°C），且支持功率可扩展速度模式，适配不同功耗与性能需求，采用 3mm×3mm 20 引脚 WQFN 封装，工作温度范围 - 40°C 至 + 125°C，适用于测试测量、工业自动化、医疗、电网基础设施等领域。

二、核心特性

1. 性能指标

• 精度与动态性能 ：24 位分辨率，积分非线性（INL）典型值 0.4ppm FSR，失调漂移典型值 50nV/°C，增益漂移 0.5ppm/°C；200kSPS 下动态范围（DR）典型值 111.5dB，总谐波失真（THD）典型值 - 125dB，无杂散动态范围（SFDR）典型值 125dB。
• 数据速率与滤波器 ：宽带滤波器支持 4kSPS-512kSPS，低延迟滤波器（sinc3/sinc4）支持 0.1024kSPS-1365.3kSPS；可编程 FIR（128 抽头）与 IIR（4 个双二阶）滤波器，支持自定义滤波曲线（如 A 加权补偿、陷波滤波）。
• 功率效率 ：四档速度模式功耗差异显著，最高速模式（512kSPS）典型功耗 33mW，低速模式（50kSPS）典型功耗 4.3mW，支持待机（典型 60μA）与掉电（典型 1μA）模式。

2. 关键功能

• 灵活输入与参考 ：差分模拟输入范围 ±VREF/±2VREF，支持内部 / 外部时钟（外部时钟最高 33.66MHz），参考电压范围低参考（0.5V-2.75V）、高参考（1V 至 AVDD1-AVSS），内置输入与参考预充电缓冲器降低驱动负载。
• 接口与可靠性 ：SPI 兼容串行接口，支持菊花链连接减少多通道系统布线；SPI 数据与寄存器内容通过循环冗余校验（CRC）验证；具备电源监控（POR/ALV_flag）、调制器饱和检测（MOD_flag）等故障诊断功能。
• 同步与校准 ：支持 START 引脚 / SPI 指令同步转换，提供可编程转换启动延迟；24 位偏移与增益校准寄存器，支持 16/24 位输出数据分辨率切换。

三、电气规格

1. 电源与温度

• 电源范围 ：模拟电源 AVDD1（1.74V-5.5V，依速度模式不同，最高速需 4.5V-5.5V）、AVDD2（1.74V-5.5V），数字电源 IOVDD（1.65V-5.5V）；模拟地 AVSS 可配置为单极性（0V）或双极性（-2.75V-0V）。
• 温度要求 ：工作环境温度 - 40°C 至 + 125°C，结温 - 40°C 至 150°C，存储温度 - 65°C 至 150°C。

2. 静态与动态性能（典型值，TA=25°C，AVDD1=5V，VREF=4.096V）

参数	最高速模式（32.768MHz）	高速模式（25.6MHz）	中速模式（12.8MHz）	低速模式（3.2MHz）
INL（ppm FSR）	0.4（25°C）/2.2（-40°C-125°C）	0.4/2.2	0.4/2.2	0.4/2.2
失调误差（μV）	±30（25°C）	±30	±30	±30
失调漂移（nV/°C）	50	50	50	50
动态范围（dB）	111.5（256kSPS，宽带滤波器）	111.5（200kSPS）	112（100kSPS）	112（25kSPS）
THD（dB）	-125（1kHz，-0.2dBFS）	-125	-125	-125

3. 接口时序

• SPI ：写操作时钟最高 50MHz，SCLK 高 / 低电平最小 9ns；读操作（FSDO=0 时 1.25MHz，FSDO=1 时 2.5MHz），SCLK 高 / 低电平最小 350ns（FSDO=0）/175ns（FSDO=1）。
• I2C ：支持标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）、快速模式 +（1MHz），SCL 高电平最小周期 4μs（标准）、0.6μs（快速）、0.26μs（快速 +）。

四、功能模式详解

1. 滤波器模式

• 宽带滤波器 ：含预设 / 可编程 FIR（128 抽头，32 位系数）与 4 个双二阶 IIR，支持级联或旁路，通带波纹 ±0.0004dB，阻带衰减 106dB，群延迟 34/fDATA，适用于交流信号测量。
• 低延迟滤波器 ：sinc3/sinc4 拓扑，可选级联 sinc1，延迟低至 3μs（最高速模式），支持 50/60Hz 工频抑制，适用于直流信号或控制环路。

2. 速度模式

• 最高速 ：CLK=32.768MHz，宽带滤波器最高 512kSPS，功耗 33mW，适合高带宽需求场景。
• 高速 ：CLK=25.6MHz，宽带滤波器最高 400kSPS，功耗 26mW，平衡带宽与功耗。
• 中速 ：CLK=12.8MHz，宽带滤波器最高 200kSPS，功耗 14mW，适用于中带宽低功耗场景。
• 低速 ：CLK=3.2MHz，宽带滤波器最高 50kSPS，功耗 4.3mW，极致低功耗设计。

3. 电源与工作模式

• 正常模式 ：全功能运行，支持连续 / 单次转换。
• 待机模式 ：转换停止时模拟电路部分断电，电流典型 60μA，重启需恢复时间。
• 掉电模式 ：仅保留 SPI 与数字 LDO，电流典型 1μA，需写寄存器或复位唤醒。
• 复位机制 ：支持上电复位（POR）、RESET 引脚复位、SPI 指令复位（写 01011000b 至 CONTROL 寄存器）。

4. 同步与校准

• 同步控制 ：支持三种模式 —— 同步模式（START 引脚上升沿同步连续转换）、启停模式（START/STOP 控制转换启停）、单拍模式（START 触发单次转换），可配置转换启动延迟（0-1024/fMOD）。
• 校准流程 ：偏移校准（短接输入，写平均偏移值至 OFFSET 寄存器）、增益校准（输入已知电压，按公式计算增益值写入 GAIN 寄存器），校准后输出数据经偏移减法与增益乘法处理。

五、寄存器与编程

1. 核心寄存器（地址与功能）

地址	寄存器	功能
02h	STATUS1	状态标志（电源低、复位、SPI CRC 错误、调制器饱和、数据就绪等）
04h	CONTROL	转换控制（START/STOP 触发、设备复位）
06h	CONFIG1	输入范围、参考范围、缓冲器使能、数据分辨率（16/24 位）
07h	CONFIG2	速度模式、同步模式、待机 / 掉电使能
09h	FILTER1	滤波器选择（FIR/IIR/sinc）、过采样率（OSR）
0Ch-0Eh	OFFSET2-OFFSET0	24 位偏移校准值（二进制补码）
0Fh-11h	GAIN2-GAIN0	24 位增益校准值（线性二进制，400000h 为增益 1）

2. SPI 通信

• 帧结构 ：支持 16/24/32/40 位帧（含状态字节 / CRC 字节），全双工通信，可同时读写数据。
• 指令格式 ：读寄存器（40h + 地址）、写寄存器（80h + 地址）、无操作（00h+00h），CRC 模式下需附加 CRC 字节（多项式 X⁸+X²+X+1）。
• 菊花链 ：多设备级联时，SDA 首尾相连，需按设备数量扩展 SCLK 周期，支持同步采样。