ADS131B04-Q1 汽车 24 位、32kSPS、四通道、同步采样、Δ-Σ ADC技术手册

ADS131B04-Q1 是一款四通道、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。
*附件：ads131b04-q1.pdf

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。

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
• 4 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 5 mW

参数

方框图

ADS131B04-Q1 是德州仪器推出的 AEC-Q100 认证 4 通道同步采样 24 位 ΔΣ ADC，核心优势为低噪声、宽增益范围与全局斩波模式，专为汽车电池管理系统（BMS）、电动汽车充电站、储能系统设计，支持电流、电压、温度多参数精准测量。

核心参数与特性

• 分辨率与采样：24 位分辨率无失码，4 路差分输入同步采样；可编程采样率最高 32 kSPS，支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、极低功耗（VLP）三种功率模式。
• 增益与输入：可编程增益 1-128 倍，增益≥4 时支持输入信号低于地电位测量；输入阻抗最高≥1 GΩ（全局斩波使能 + 高 OSR），通道间串扰 - 120 dB。
• 动态性能：1 kSPS、增益 = 8 时噪声仅 0.82 μVRMS；全局斩波模式下失调漂移低至 7-30 nV/°C，长期稳定性优异；CMRR 最高 128 dB，确保高共模抑制能力。
• 供电与封装：模拟 / 数字供电 2.7V-3.6V，功耗低至 5 mW（3.3V 供电）；工作温度–40°C-125°C，采用 20 引脚 TSSOP 封装（6.5mm×4.4mm）。
• 安全与接口：符合功能安全设计要求，支持 SPI 通信 CRC 校验；内置 1.2V 低漂移参考源与高精度振荡器，减少外部元件需求。

关键功能设计

• 信号链架构：ΔΣ 调制器 + 数字抽取滤波器，支持 128-16384 倍过采样（OSR）；全局斩波模式可大幅降低温漂与时间漂移，提升直流测量精度。
• 灵活校准：每通道独立偏移（OCAL）和增益（GCAL）校准寄存器，支持实时误差修正；校准值支持存储于外部非易失性存储器。
• 同步与控制：SYNC/RESET 引脚支持多器件同步或硬件复位；DRDY 引脚指示数据就绪，SPI 接口支持 16/24/32 位字长配置。
• 监控与保护：集成寄存器映射 CRC 校验、SPI 通信超时机制；支持通道使能 / 禁用配置，适配多场景测量需求。

典型应用场景

• 汽车 BMS：分流电阻双向电流测量（充放电监测）、电池包电压分压测量、热敏电阻温度监测（如 TMP61-Q1）。
• 电动汽车充电站：直流电能计量，满足高精度功率计算需求。
• 储能系统（ESS）：多通道电压、电流同步采样，保障储能单元状态监测准确性。

设计与使用建议

• 电源与去耦：AVDD 和 DVDD 需分别并联 1 µF 去耦电容，CAP 引脚（LDO 输出）需接 220 nF 电容到 DGND；模拟地与数字地就近单点连接，减少干扰。
• 输入配置：模拟输入建议添加 RC 低通滤波器抑制混叠；未使用数字引脚需接 DVDD 或 DGND，CLKIN 引脚接地启用内部振荡器。
• 布局注意：采用独立接地平面，模拟与数字信号分区域布线；时钟信号避免过冲与毛刺，长距离传输需终端匹配。
• 校准与同步：上电后建议在室温下完成偏移与增益校准；多器件同步需共享时钟并触发 SYNC 信号，确保采样一致性。