ADS131M06 六通道、24位、32kSPS、同步采样、Δ-Sigma ADC技术手册

该ADS131M06是一款六通道、同步采样、24 位、Δ-Σ （ΔΣ）、模数转换器 （ADC），具有宽动态范围、低功耗和能量测量特定功能，使该器件非常适合电能计量、功率计量和断路器应用。ADC输入可以直接连接到电阻分压器网络或电源变压器以测量电压，或连接到电流互感器或罗氏线圈以测量电流。
*附件：ads131m06.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。此外，该器件还集成了通道间相位校准以及失调和增益校准寄存器，以帮助消除信号链误差。

器件中集成了低漂移的 1.2V 基准电压源，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 32 引脚 TQFP 封装或无引脚 32 引脚 WQFN 封装，额定工作温度范围为 –40°C 至 +125°C。

特性

• 6 个同时采样差分输入
• 可编程数据速率高达 32 kSPS
• 可编程增益高达 128
• 噪音表现：
  • 增益 = 1， 4 kSPS 时的 102 dB 动态范围
  • 增益 = 64、4 kSPS 时的 80 dB 动态范围
• 总谐波失真：–100 dB
• 用于直接传感器连接的高阻抗输入：
  • 输入阻抗 330kΩ，增益为 1、2 和 4
  • 输入阻抗≥ 1MΩ，增益为8、16、32、64和128
• 可编程通道间相位延迟校准：
  • 244 ns 分辨率，8.192 MHz f克金
• 电流检测模式允许极低功耗的篡改检测
• 快速启动：在电源斜坡后 0.5 ms 内获得第一个数据
• 集成负电荷泵允许输入信号低于地
• 通道间串扰：–120 dB
• 低漂移内部基准电压源
• 通信和寄存器映射上的循环冗余校验 （CRC）
• 2.7V 至 3.6V 模拟和数字电源
• 低功耗：3V AVDD 和 DVDD 时为 4.9 mW
• 封装：32引脚TQFP或32引脚WQFN
• 工作温度范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

ADS131M06 是德州仪器推出的 6 通道同步采样 24 位 ΔΣ 模数转换器（ADC），核心优势为高分辨率、宽动态范围、低功耗及丰富校准功能，专为电能计量、电力质量监测、电池测试等对采样精度和同步性要求严苛的工业场景设计。

核心参数与特性

1. 采样与分辨率：6 通道同步采样，24 位分辨率，可编程数据速率最高 32 kSPS（高分辨率模式）；支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、极低功耗（VLP）三种功率模式，灵活平衡性能与功耗。
2. 精度与动态性能：积分非线性（INL）典型值 7.5 ppm FSR，总谐波失真（THD）低至 -100 dB；增益 1 时动态范围达 102 dB（4 kSPS），通道间串扰低至 -120 dB，信号完整性优异。
3. 增益与输入特性：可编程增益放大器（PGA）支持 1/2/4/8/16/32/64/128 档增益；输入阻抗随增益变化，增益≤4 时为 330 kΩ，增益≥8 时≥1 MΩ，支持直接连接传感器。
4. 功耗与封装：3 V 供电时功耗低至 4.9 mW（VLP 模式）；提供 32 引脚 TQFP（5mm×5mm）和 WQFN（4mm×4mm）两种封装，工作温度范围 -40°C 至 125°C，满足工业级需求。
5. 附加特性：集成 1.2 V 低漂移内部参考（温漂最大 20 ppm/°C），支持外部参考输入；具备通道间相位校准（244 ns 分辨率）、偏移 / 增益校准功能，内置 CRC 校验保障通信与寄存器完整性。

核心功能模块

• 信号采样链路：每通道含可编程增益放大器（PGA）、ΔΣ 调制器及数字抽取滤波器，支持 128-16384 档过采样率（OSR），可通过调整 OSR 优化噪声性能。
• 校准与补偿：支持通道间相位延迟校准（±512 个调制器时钟周期范围），每通道独立偏移校准（OCAL）和增益校准（GCAL）寄存器，可实时修正系统误差；全局斩波模式（Global-Chop）可降低偏移误差与漂移。
• 时钟与同步：支持外部时钟输入（CLKIN）或内部晶振，调制器时钟频率为 CLKIN/2；SYNC/RESET 引脚可实现多器件同步采样或硬件复位，满足多通道扩展需求。
• 通信与控制：采用 SPI 接口（支持 16/24/32 位数据宽度），含 DRDY 数据就绪引脚；支持 SPI 输入 / 输出 CRC 校验、寄存器映射 CRC 校验，提升通信可靠性；内置电流检测模式，适用于低功耗防篡改场景。
• 功能模式：除三种功率模式外，还支持待机模式（低功耗，保留寄存器配置）、连续转换模式（适合交流信号测量）、全局斩波模式（适合直流高精度测量）。

应用场景

适用于工商业电能表、断路器、保护继电器、电力质量监测仪、电池测试设备、电池管理系统（BMS），可满足电压、电流同步采样及功率、能量计算需求。

设计要点

1. 接口配置：SPI 接口需配置为 CPOL=0、CPHA=1 模式，根据数据宽度需求选择 16/24/32 位格式；DRDY 引脚可配置为推挽或开漏输出，需根据主机接口匹配上拉电阻。
2. 电源与时钟：模拟电源（AVDD）和数字电源（DVDD）需分别供电，就近放置 1 µF 去耦电容；时钟源需保证低抖动，CLKIN 频率需匹配所选功率模式（HR 模式推荐 8.192 MHz）。
3. 布局规范：模拟地与数字地单点连接，避免地环路；模拟信号线路与数字线路分开布线，ADC 输入端需添加 RC 抗混叠滤波器（推荐 1 kΩ 电阻 + 10 nF 电容）；TQFP/WQFN 封装需注意散热焊盘接地，提升热性能。
4. 校准与优化：通过偏移 / 增益校准寄存器修正系统误差，利用相位校准功能补偿传感器相位延迟；根据应用场景选择合适的 OSR 和功率模式，平衡采样速率、噪声与功耗。