ADS131B02-Q1 汽车 24 位、32kSPS、双通道、同步采样、Delta-Sigma ADC技术手册

ADS131B02-Q1 是一款双通道、同步采样、24 位、三角积分 （ΔΣ） 模数转换器 （ADC），提供宽动态范围、低功耗和缓冲模拟输入，使该器件非常适合汽车电池管理系统 （BMS）。ADC输入可直接连接至分流电阻器，用于双向电池电流测量，可直接连接至电阻分压器网络，用于高压测量，或与温度传感器（如热敏电阻或模拟输出温度传感器）连接。

可以根据传感器输入独立配置各个ADC通道。低噪声、可编程增益放大器 （PGA） 提供 1 至 128 的增益范围，以放大低电平信号。该器件具有全局斩波模式，可消除随温度和时间变化的失调漂移。此外，该器件还集成了失调和增益校准寄存器，有助于消除信号链误差。
*附件：ads131b02-q1.pdf

该器件集成了低漂移、1.2V 基准电压源和精密振荡器，可减少印刷电路板 （PCB） 面积。数据输入、数据输出和寄存器映射上的可选循环冗余校验 （CRC） 可保持通信完整性。

完整的模拟前端 （AFE） 采用 20 引脚 TSSOP 封装，额定温度范围为 –40°C 至 +125°C。

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 温度等级 1：–40°C 至 +125°C，T一个
• 功能安全功能
  • 可用于帮助功能安全系统设计的文档
• 2 个同步采样差分输入 ADC
• 可编程数据速率：高达 32 kSPS
• 可编程增益：高达 128
• 噪音表现：
  • 0.82 微伏有效值1 kSPS时，增益 = 8
• 全局斩波模式可消除随温度和时间变化的失调漂移
• 用于直接传感器连接的高阻抗模拟输入
• 集成负电荷泵允许在地面以下进行输入信号测量
• 通道间串扰：–120 dB
• 低漂移内部基准电压源：1.2 V
• 精密内部振荡器
• CRC on communications 和 register map
• 模拟和数字电源：2.7 V 至 3.6 V
• 低功耗：3.3V AVDD 和 DVDD 时为 3 mW

参数

方框图

ADS131B02-Q1 是德州仪器推出的汽车级双通道同步采样 24 位 ΔΣ 模数转换器，具备高精度、低功耗与功能安全特性，核心优势为高分辨率、低噪声与内置校准功能，适配汽车电池管理系统（BMS）等对精度要求严苛的场景。

核心参数与特性

• 精度与分辨率：24 位有效分辨率，INL 最大 10ppm FSR，全局斩波模式下输入失调误差低至 ±0.4μV，温漂仅 10nV/°C，输入参考噪声低至 0.42pVRMS（1kSPS、增益 = 128 时）。
• 增益与输入：可编程增益 1-128 倍，支持 ±1.2V 至 ±9.375mV 差分输入范围，集成负压电荷泵可测量低于地电位 0.3V 的信号。
• 工作条件：供电电压 2.7V-3.6V，工作温度 - 40°C 至 + 125°C，符合 AEC-Q100 车规等级，采用 20 引脚 TSSOP 封装（6.5mm×4.4mm）。
• 数据速率与功耗：最高 32kSPS 采样率，分高分辨率 / 低功耗 / 超低功耗三模式，3.3V 供电时功耗低至 3mW，待机模式功耗仅 0.4μA。
• 抗干扰性能：通道间串扰 - 120dB，CMRR 最高 128dB，集成 CRC 校验保障通信与寄存器数据完整性。

关键功能设计

• 信号链架构：内置 1.2V 低漂移基准源与精密振荡器（8.192MHz），ΔΣ 调制器配合 sinc3 数字滤波器，支持 8 档过采样率（OSR=128-16384）。
• 校准功能：集成独立通道的偏移与增益校准寄存器，支持 24 位校准系数配置，可自动修正系统误差，默认校准系数为无偏移、增益 = 1。
• 工作模式：支持连续转换与全局斩波模式（抵消失调漂移），全局斩波模式可使噪声改善√2 倍，支持多器件同步采样。
• 接口特性：SPI 兼容接口（CPOL=0、CPHA=1），支持 16/24/32 位数据长度（32 位支持零填充或符号扩展），DRDY 引脚指示数据就绪，SYNC/RESET 引脚实现同步或复位。

典型应用场景

• 汽车电池管理系统（BMS）：分流电阻电流测量（±5kA）、电池包电压分压采样（0V-800V）、热敏电阻温度监测。
• 新能源场景：电动汽车充电站内 DC 电能计量、储能系统（ESS）的高精度电压 / 电流同步监测。
• 工业与汽车：高精度传感器信号采集、电机控制闭环系统、需要低噪声与高分辨率的模拟信号转换场景。

设计与使用建议

• 电源与去耦：AVDD/DVDD 各并联 1μF 去耦电容，CAP 引脚外接 220nF 旁路电容，模拟地与数字地单点连接以减少干扰。
• 输入电路：前端需串联 RC 低通滤波器（建议截止频率低于调制器频率两个数量级），未使用模拟输入浮空或接 AGND，数字输入需拉至 DVDD 或 DGND。
• 布局要点：采用独立接地平面，分离模拟与数字信号线，时钟信号避免过冲与毛刺，关键电容就近摆放以降低寄生参数。
• 初始化配置：默认使用外部时钟，可通过寄存器切换至内部振荡器，启用全局斩波模式与校准功能提升测量精度，校准系数需存储于外部非易失性存储器并上电加载。