ADS131M04 四通道、24位、64kSPS、同步采样、Δ-Σ ADC技术手册

科技绿洲 2025-11-04 448

描述

该ADS131M04是一款四通道、同步采样、24位、三角积分（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输入可直接连接至电阻分压器网络或电源变压器以测量电压，或连接电流互感器、分流器或罗氏线圈以测量电流。
*附件：ads131m04.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 20 引脚 TSSOP 封装或无引脚 20 引脚 WQFN 封装，额定工作温度范围为 –40°C 至 +125°C。

特性

4 个同时采样差分输入
可编程数据速率高达 64 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：3.3 mW（3V AVDD 和 DVDD）
封装：20引脚TSSOP或20引脚WQFN
工作温度范围：–40°C 至 +125°C

参数
电流互感器

方框图

电流互感器
ADS131M04 是德州仪器推出的 4 通道同步采样 24 位 ΔΣ 模数转换器（ADC），核心优势是高动态范围、低功耗及丰富的校准与防护功能，专为电能计量、电源监测等高精度传感场景设计。

核心参数与特性

分辨率与性能 ：24 位分辨率，无丢失码；增益 1 倍、4 kSPS 时动态范围达 102 dB，THD 低至 - 100 dB；INL 最大 6 ppm FSR，偏移误差温度系数低至 200 nV/°C。
输入与增益 ：4 路差分同步采样输入，可编程增益 1-128 倍；增益≤4 时输入阻抗 330 kΩ，增益≥8 时≥1 MΩ；集成负电荷泵，支持输入信号低于地电位。
数据率与滤波 ：采样率最高 64 kSPS（高分辨率模式），支持 3 种功耗模式（高分辨率 / 低功耗 / 超低功耗）；内置 SINC3/SINC1 数字滤波器，可选 OSR（64-16384），支持 DC 阻断滤波器抑制低频噪声。
核心功能 ：支持通道间相位校准（244 ns 分辨率）、偏移 / 增益校准；集成 1.2 V 低漂移基准电压源（温漂 20 ppm/°C）；具备 SPI 通信 CRC 校验、寄存器映射 CRC 防护，ESD 防护 HBM±2000 V。
供电与接口 ：模拟 / 数字电源 2.7 V-3.6 V，高分辨率模式功耗仅 3.3 mW；SPI 兼容接口（CPOL=0、CPHA=1），支持 16/24/32 位数据宽度，DRDY 引脚指示数据就绪。

应用场景

适用于商业 / 家用电能表、断路器、保护继电器、电能质量监测仪、电池测试设备及电池管理系统（BMS）等场景。

封装与订购信息

提供 20 引脚 TSSOP（6.5mm×4.4mm）和 20 引脚 WQFN（3.0mm×3.0mm）两种封装，WQFN 含裸露热焊盘。
量产型号包括大卷带（2000 片 / 卷、3000 片 / 卷）和小卷带（250 片 / 卷）版本，符合 RoHS 标准。
引脚镀层为 NIPDAU，TSSOP 封装 MSL 等级 2，WQFN 封装 MSL 等级 1，峰值回流温度 260°C，工作温度 - 40°C 至 125°C。

设计与支持

电源去耦需在 AVDD/DVDD 引脚就近放置 1 µF 电容，CAP 引脚需接 220 nF 滤波电容；模拟地与数字地就近单点连接，减少串扰。
推荐每通道输入串联 RC 抗混叠滤波器，未使用引脚需接电源或地，避免漂浮；支持多器件同步采样，通过 SYNC/RESET 引脚实现同步。

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