ADS1013/1014/1015 12 位低功耗 I²C ADC 产品手册总结

ADS1013、ADS1014和ADS1015（ADS101x）是高精度、低功耗、12位、I2C兼容的模数转换器（ADC），提供无引线X2QFN-10、SOT-10和VSSOP-10封装。ADS101x集成了低漂移电压参考和振荡器。ADS1014和ADS1015还集成了可编程增益放大器（PGA）和数字比较器。这些特性，加上宽广的工作供电范围，对于功率和空间受限的传感器测量应用非常有用。
*附件：ads1013.pdf

ADS101x 可执行高达 3300 采样率/秒（SPS）的数据转换。PGA提供从±256mV到±6.144V的输入范围，支持精确的大信号和小信号测量。该ADS1015配备了输入复用器（MUX），可实现两个差分或四个单端输入测量。使用ADS1014和ADS1015中的数字比较器进行低压和过压检测。

特性

• 超小型包装：
  • X2QFN：1.5毫米×2毫米×0.4毫米
  • SOT：2.9毫米×2.8毫米×0.6毫米
• 无噪声分辨率：12位
• 宽供电范围：2.0V至5.5V
• 低电流消耗：150μA（连续转换模式）
• 可编程数据速率：128SPS 至 3.3kSPS
• 单周期沉降
• 内部低漂移电压参考
• 内部振荡器
• I2C 接口：四个可引脚选择的地址
• 工作温度范围：–40°C至+125°C
• 设备系列：
  • ADS1013：1个单端（SE）或差分（DE）输入
  • ADS1014：1个单端或差分输入，带比较器和PGA
  • ADS1015：4个单端或2个差分输入，带比较器和PGA

参数

方框图

一、产品核心概述

ADS1013/1014/1015 是德州仪器推出的高精度低功耗模数转换器（ADC）系列，核心优势为小尺寸、多输入配置与灵活功能，适用于便携式仪器、电池电压 / 电流监测、温度测量系统、消费电子及工厂自动化等场景，工作温度范围为–40°C 至 + 125°C，提供 X2QFN（1.5mm×2mm）、SOT（2.9mm×2.8mm）、VSSOP（3mm×4.9mm）三种封装，单 2.0V~5.5V 供电，集成 I²C 接口、内部基准源和振荡器，支持可编程数据率与增益。

二、关键特性与规格

1. 核心性能参数

• 分辨率与采样率 ：12 位分辨率，无失码；可编程数据率 128SPS~3.3kSPS，单周期稳定；积分非线性误差（INL）最大值 0.5 LSB，偏移误差典型值 0 LSB，增益误差典型值 0.05%。
• 动态与信号性能 ：ADS1014/1015 内置可编程增益放大器（PGA），满量程范围（FSR）±0.256V~±6.144V（6 档可调），ADS1013 固定 FSR 为 ±2.048V；输入阻抗随 FSR 变化，共模输入阻抗最高 10MΩ，差分输入阻抗最高 22MΩ。
• 功耗与时序 ：连续转换模式功耗典型值 150μA，掉电模式仅 0.5μA；支持 I²C 标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）和高速模式（3.4MHz），通信灵活高效。

2. 核心功能

• 输入与信号处理：ADS1013 支持 1 路差分 / 单端输入，ADS1014 支持 1 路差分 / 单端输入，ADS1015 支持 2 路差分 / 4 路单端输入（内置多路选择器 MUX）；输出代码为二进制补码格式（–2048~+2047），左对齐存储于 16 位寄存器。
• 工作模式：支持连续转换和单次转换两种模式，单次转换模式下转换后自动掉电，降低闲置功耗；支持 I²C 通用呼叫复位，复位后恢复默认配置。
• 扩展功能（ADS1014/1015 专属）：内置数字比较器，支持传统比较器 / 窗口比较器模式，可配置阈值与触发方式；ALERT/RDY 引脚可作为比较器输出或转换就绪指示，支持锁存与极性配置。
• 地址与多器件级联：通过 ADDR 引脚可选择 4 种 I²C 地址（1001000b~1001011b），支持最多 4 个器件共用同一 I²C 总线，适配多传感器系统。

三、封装与引脚

1. 封装信息

• X2QFN（RUG）：10 引脚，尺寸 1.5mm×2mm×0.4mm，卷盘装（3000 片 / 卷），MSL 等级 1（260°C 回流焊，无限制）。
• SOT（DYN）：10 引脚，尺寸 2.9mm×2.8mm×0.6mm，卷盘装（3000 片 / 卷），MSL 等级 1。
• VSSOP（DGS）：10 引脚，尺寸 3mm×4.9mm，提供 250 片小卷盘和 2500 片大卷盘装，MSL 等级 2（260°C 回流焊，1 年保质期）。

2. 关键引脚功能

• 电源与地：VDD（供电电压，2.0V~5.5V）、GND（地）；VDD 引脚需就近配置 0.1μF 去耦电容，降低电源噪声。
• 信号输入：AIN0~AIN3（模拟输入引脚，ADS1013/1014 仅使用 AIN0/AIN1，ADS1015 支持 4 路输入组合）。
• 通信与控制：SCL（I²C 串行时钟输入）、SDA（I²C 串行数据输入 / 输出），需外接 1kΩ~10kΩ 上拉电阻；ADDR（I²C 地址选择引脚）；ALERT/RDY（比较器输出 / 转换就绪引脚，ADS1014/1015 专属）。

四、应用场景与设计支持

1. 典型应用

• 电池管理：监测电池电压、电流，适配便携式设备低功耗需求；温度测量：搭配热敏电阻、热电偶等传感器，实现高精度温度采集；工业控制：工厂自动化中的模拟信号转换，支持多传感器并行采集（ADS1015）。

2. 设计资源

• 参考与供电：内置低漂移电压基准源，无需外部基准；电源需干净稳定，去耦电容紧贴 VDD 引脚，避免电源纹波影响测量精度。
• 配置要点：通过 4 个寄存器（转换寄存器、配置寄存器、高低阈值寄存器）配置工作模式、数据率、PGA 增益及比较器参数；支持单次 / 连续转换切换，可通过 I²C 读写寄存器实现功能配置与数据读取。
• 布局指南：模拟信号与数字信号分区布线，模拟输入引脚远离数字电路；差分输入线路需匹配长度，减少干扰；接地采用覆铜平面，优化信号回流路径。

五、可靠性与订单信息

• 可靠性保障：ESD 防护等级符合 JEDEC 标准，人体模型（HBM）±2000V，带电设备模型（CDM）±500V；宽温工作范围，适应恶劣环境。
• 可订购型号：ADS1013（基础款，无 PGA 和比较器）、ADS1014（1 路输入 + PGA + 比较器）、ADS1015（多输入 + PGA + 比较器），每种型号对应三种封装版本，引脚标识区分型号（如 ADS1013IDGSR 对应 VSSOP 封装，标识 BRMI）。