ADS1287 技术文档核心内容总结

ADS1287器件是一款低功耗模数转换器 （ADC），集成了可编程增益放大器 （PGA） 和有限脉冲响应 （FIR） 数字滤波器。该ADC适用于地震设备的苛刻需求，需要低功耗的精密数字化。

该ADC具有可编程增益、高阻抗互补金属氧化物半导体（CMOS）放大器，适用于在宽输入信号范围（±2.5 V至±0.156 V）上将检波器和水听器传感器直接连接到ADC。
*附件：ads1287.pdf

ADC集成了一个四阶、固有稳定的δ-Σ（ΔΣ）调制器。调制器数字输出由内部FIR数字滤波器滤波和抽取，以产生ADC转换结果。

FIR 数字滤波器提供高达每秒 1000 个样本 （SPS） 的数据速率。高通滤波器 （HPF） 从转换结果中去除直流和低频分量。片内增益和失调缩放寄存器支持系统校准。

放大器、调制器和数字滤波器在高分辨率模式下的功耗为 4.5 mW（在低功耗模式下为 2.4 mW）。该ADC采用紧凑的5mm×4mm VQFN封装。ADC在–40°C至+85°C温度范围内完全额定。

特性

• 可选作模式
• 高分辨率模式：
  • 信噪比：113 dB（1000 SPS，增益 = 1）
  • 功率：4.5 毫瓦
• 低功耗模式：
  • 信噪比：110 dB（1000 SPS，增益 = 1）
  • 功率：2.4 毫瓦
• 总谐失真：–115 分贝
• CMRR：115 分贝
• 高阻抗 CMOS PGA
  • 增益 1、2、4、8 和 16
• 数据速率：62.5 SPS 至 1000 SPS
• 灵活的数字滤波器：
  • Sinc + FIR + IIR（可选）
  • 线性和最小相位响应
  • 可编程高通滤波器
• 失调和增益校准
• 同步控制
• SPI 兼容接口
• 模拟电源：5 V 或 ±2.5 V
• 数字电源：2.5 V 至 3.3 V

参数

方框图

ADS1287 是德州仪器推出的低功耗、高分辨率 ΔΣ 模数转换器（ADC），集成可编程增益放大器（PGA）与灵活数字滤波器，专为能源勘探、被动地震监测、便携式仪器等对精度与功耗要求严苛的场景设计，文档版本为 SBAS778B，首次发布于 2017 年 6 月，2019 年 8 月修订，包含完整技术参数、功能说明、应用方案及封装信息。

一、核心特性与关键参数

（一）基础性能

• 分辨率与精度 ：支持 31 位有效分辨率（FIR 滤波模式），数据速率覆盖 62.5 SPS - 1000 SPS；总谐波失真（THD）低至 -115 dB，共模抑制比（CMRR）达 115 dB，无杂散动态范围（SFDR）超 115 dB，宽温范围内（-40°C 至 +85°C）性能稳定。
• 双工作模式 ：
  • 高分辨率模式 ：1000 SPS、增益 = 1 时，信噪比（SNR）113 dB，功耗 4.5 mW，适配高精度测量场景；
  • 低功耗模式 ：1000 SPS、增益 = 1 时，SNR 110 dB，功耗 2.4 mW，平衡精度与功耗需求。
• 可编程增益与输入 ：集成高阻抗 CMOS PGA，增益可选 1/2/4/8/16 倍，支持 ±2.5 V 至 ±0.156 V 差分输入范围，可直接连接地震检波器、水听器等传感器。

（二）电源与环境适应性

• 供电灵活：模拟电源（AVDD/AVSS）支持双极性 ±2.5 V 或单极性 5 V，数字电源（DVDD）2.25 V - 3.6 V，内置 1.8 V LDO 为数字核心供电，BYPAS 引脚需外接 1 µF 去耦电容；
• 环境耐受：工作温度 -40°C 至 +85°C，ESD 防护达 ±2000 V（HBM）/±500 V（CDM），符合工业级可靠性要求。

二、核心功能模块详解

（一）信号链架构

• 输入多路选择器（MUX） ：支持外部输入或内部短路（通过 400 Ω 电阻接 VCOM 中点电压），内部短路模式可用于偏移校准与噪声性能验证，MUX 配置通过寄存器 MUX [1:0] 控制；
• ΔΣ 调制器 ：采用固有稳定的四阶 2+2 流水线架构，将量化噪声推至高频段，调制器采样频率（fMOD）在高分辨率模式为 fCLK/4，低功耗模式为 fCLK/8，需外部 2.5 V 基准电压（REFP/REFN 引脚）；
• 数字滤波器 ：由 sinc 滤波器、FIR 滤波器、IIR 高通滤波器（HPF）组成，支持多种滤波组合：
  • sinc 滤波器：5 阶低通，抽取比 4 - 128 可调，决定基础数据率；
  • FIR 滤波器：固定 32 倍抽取，支持线性 / 最小相位选择，通带纹波 ±0.003 dB，阻带衰减 135 dB，保障信号完整性；
  • HPF：一阶 IIR 结构，截止频率 0.1 Hz - 10 Hz 可编程，可滤除直流与低频干扰。

（二）校准与同步控制

• 校准功能 ：支持偏移校准（OFSCAL 命令）与增益校准（GANCAL 命令），通过 24 位偏移校准寄存器（OFC [2:0]）和满量程校准寄存器（FSC [2:0]）修正误差，校准后增益误差可降至 0.0005%；
• 同步模式 ：
  • 脉冲同步 ：SYNC 引脚上升沿触发同步，重置滤波内存，需等待 63 个转换周期使数据稳定；
  • 连续同步 ：接收周期性同步时钟，仅当 SYNC 周期与数据率周期非整数倍时重新同步，适配多设备协同场景。

（三）接口与数据传输

• SPI 兼容接口 ：4 线制（CS、SCLK、DIN、DOUT），支持两种数据读取模式：
  • 连续读取（RDATAC） ：DRDY 变低后直接读取 32 位数据（二进制补码，可截断为 24 位），无需重复发送命令；
  • 命令读取（SDATAC） ：需发送 RDATA 命令触发数据输出，适合需精准控制读取时机的场景；
• 数据完整性：DRDY 引脚低电平表示数据就绪，读取过程中需注意时序约束，避免数据被覆盖。

三、典型应用与设计要点

（一）目标应用场景

• 能源勘探与地震监测 ：直接连接地震检波器，通过高分辨率模式采集微弱振动信号，支持被动地震数据采集节点；
• 工业精密测量 ：适配便携式仪器、过程控制设备，低功耗模式可延长电池供电设备续航；
• 传感器信号采集 ：支持 RTD、热电偶等低电平信号测量，PGA 增益调节适配不同传感器输出范围。

（二）硬件设计关键要点

• 电源去耦 ：AVDD/AVSS 需并联 0.1 µF 陶瓷电容 + 10 µF 钽电容，DVDD 并联 0.1 µF 电容，所有电容贴近引脚放置，模拟地与数字地单点连接，减少噪声耦合；
• 输入滤波 ：模拟输入端建议添加对称 RC 低通滤波器（电阻 100 Ω - 1 kΩ，电容 100 pF C0G 材质），抑制混叠干扰，同时匹配传感器输出阻抗；
• 时钟设计 ：外部时钟（CLK 引脚）推荐 1.024 MHz 晶振或 MEMS 时钟源，时钟线远离模拟信号路径，避免引入抖动噪声，长距离布线需串联 50 Ω 匹配电阻。

四、封装与订购信息

• 封装规格 ：采用 24 引脚 VQFN（RHF 封装），尺寸 5.0 mm×4.0 mm，暴露热焊盘需焊接至 PCB 以优化散热，热阻参数：结到环境（RθJA）30.2 °C/W，结到板（RθJB）8.5 °C/W；