深度剖析ADS1225/1226：24位高精度A/D转换器的卓越性能与应用指南

 

在电子设计领域，高精度模拟到数字的转换至关重要，它直接影响着系统的性能和精度。TI公司的ADS1225和ADS1226 24位delta - sigma A/D转换器，凭借其出色的性能、易用性和低功耗等特点，成为众多应用场景中的理想选择。今天，我们就来深入剖析这两款转换器。

文件下载：ads1225.pdf

一、产品概述

ADS1225和ADS1226是24位delta - sigma A/D转换器。ADS1225为单通道，而ADS1226可通过多路复用器选择两个输入通道之一。它们采用4mm × 4mm QFN小封装，能在保证高性能的同时节省空间，非常适合对空间和功耗有严格要求的便携式应用。

二、产品特性亮点

（一）高速与高精度兼得

• 高速模式：数据速率可达100SPS，单周期稳定，能快速输出数据，减少输出数据的延迟。
• 高分辨率模式：噪声低至$4 \mu V_{RMS}$，数据速率为16SPS，适合对精度要求极高的应用。

（二）便捷的转换控制

通过START引脚可轻松启动转换，转换完成后自动关机，有效降低功耗。在工作时功耗仅1mW，关机时电流小于1µA。

（三）丰富的内部资源

• 输入多路复用器：ADS1226具有两个差分通道，可灵活选择输入信号。
• 电压基准：支持比例测量，能提高测量的准确性。
• 自校准功能：可自动校准，确保测量的精度。
• 2线只读串行接口：简单易用，方便与微控制器连接。
• 内部高阻抗输入缓冲器：可增加输入阻抗，减少对输入信号的影响。
• 内部温度传感器：能实时监测芯片温度。
• 内部振荡器：无需外部晶体或振荡器，可自由运行。

（四）宽电源电压范围

模拟和数字电源电压范围为2.7V至5.5V，能适应不同的电源环境。

三、电气特性详解

（一）模拟输入特性

• 满量程输入电压：取决于外部电压基准$V{REF}$，全量程输入范围为$\pm V{REF}$。
• 绝对输入电压：缓冲器关闭时，输入电压范围为GND - 0.1V至AVDD + 0.1V；缓冲器开启时，范围为GND + 0.05V至AVDD - 1.5V。
• 差分输入阻抗：缓冲器关闭时为2MΩ，开启时高达1GΩ。
• 共模输入阻抗：缓冲器关闭时为4MΩ。

（二）系统性能指标

• 分辨率：达到24位，能提供高精度的测量结果。
• 数据速率：高速模式下为75 - 125SPS，高分辨率模式下为12 - 22SPS。
• 积分非线性（INL）：端点拟合时，最大为0.0020% of FSR。
• 偏移误差：最大为200µV，偏移误差漂移为0.3µV/℃。
• 增益误差：最大为0.025%，增益误差漂移为0.3ppm/℃。
• 共模抑制比：直流时为85 - 95dB。
• 模拟和数字电源抑制比：直流时分别为95dB和80dB。
• 噪声：高速模式下为1.5ppm of FSR, rms，高分辨率模式下为0.4ppm of FSR, rms。

（三）温度传感器特性

在+25°C时，温度传感器电压典型值为106mV，温度系数为360µV/℃。

（四）数字输入/输出特性

• 逻辑电平：$V{IH}$为0.8DVDD至DVDD + 0.1V，$V{IL}$为GND - 0.1V至0.2DVDD。
• 输出电压：$V{OH}$在$I{OH}$ = 1mA时为0.8DVDD，$V{OL}$在$I{OL}$ = 1mA时为0.2DVDD。
• 输入泄漏电流：最大为±10nA。

（五）电源特性

• DVDD：范围为2.7V至5.5V。
• AVDD电流：关机时小于1µA，转换时根据不同条件有所不同。

四、引脚配置与功能

（一）ADS1225引脚

引脚名称	引脚编号	类型	描述
START	1	数字输入	高电平启动转换，低电平关机
SCLK	2	数字输入	串行时钟输入
DRDY/DOUT	3	数字输出	数据准备好时变低，输出数据时MSB优先
BUFEN	4	数字输入	启用多路复用器后的缓冲器
GND	5	接地	模拟和数字接地
TEMPEN	6	数字输入	选择温度传感器输入
MODE	7	数字输入	选择高速或高分辨率模式
AINP1	10	模拟输入	模拟通道1正输入
AINN1	11	模拟输入	模拟通道1负输入
VREFN	13	模拟输入	负参考输入
VREFP	14	模拟输入	正参考输入
AVDD	15	模拟	模拟电源
DVDD	16	数字	数字电源

（二）ADS1226引脚

与ADS1225类似，但增加了MUX引脚用于选择模拟输入通道，同时有AINP2和AINN2作为模拟通道2的正、负输入。

五、工作模式与控制

（一）模拟输入测量

1. 无输入缓冲器

当BUFEN引脚置低，禁用缓冲器时，ADS1225和ADS1226通过内部电容测量输入信号。输入采样阶段，$S{1}$开关闭合，电容充电；放电阶段，$S{1}$打开，$S_{2}$闭合，电容放电。输入电压需满足$GND - 100 mV<(AINP, AINN)

2. 有输入缓冲器

当BUFEN引脚置高，启用缓冲器时，使用低漂移、斩波稳定的输入缓冲器，可实现非常高的输入阻抗。但模拟输入电压需保持在GND + 0.05V至AVDD - 1.5V之间，否则会影响线性度和性能。

（二）温度传感器测量

将TEMPEN引脚置高，可断开选定的模拟输入，将A/D转换器的输入连接到内部二极管，通过测量二极管电压差来推断温度变化。

（三）电压基准输入

电压基准$V_{REF} = VREFP - VREFN$，参考输入的有效阻抗为1.5MΩ。为保证性能，需在VREFP和VREFN之间并联0.1µF电容，并尽量靠近引脚放置。

（四）内部振荡器

内置振荡器，无需外部晶体或振荡器，可实现自由运行。

（五）数据读取与输出

• DRDY/DOUT引脚：数据准备好时变低，随后在SCLK上升沿输出数据，MSB优先。
• SCLK引脚：上升沿移出串行数据，需注意信号的干净，上升和下降时间应小于50ns。
• MODE引脚：高电平为高速模式，数据速率约100Hz，rms噪声为15µV；低电平为高分辨率模式，数据速率为16Hz，rms噪声为4µV。
• START引脚：脉冲置高启动转换，转换完成后自动关机。也可将其置高实现连续转换。

（六）数据格式

输出24位二进制补码数据，LSB权重为$(V_{REF}) /(2^{23}-1)$。正满量程输入输出代码为7FFFFFh，负满量程输入输出代码为800000h。

（七）自校准

在读取24位数据后，施加两个额外的SCLK可启动自校准，但START引脚在转换前和校准完成前必须保持高电平。校准完成后，DRDY/DOUT变低，第一次转换后的数据即可使用。

六、应用指南

（一）暴露热焊盘处理

ADS1225和ADS1226的暴露热焊盘内部连接到GND，为保护封装免受电路板应力影响，需将其焊接到PCB上并保持电气浮空。

（二）通用建议

• 电源旁路：使用小值陶瓷电容与大值钽电容并联进行电源旁路，并将电容靠近电源引脚放置。
• 接地处理：使用接地平面，将GND引脚和旁路电容直接连接到接地平面。
• 数字输入处理：在数字引脚串联小电阻（≈100Ω），以控制走线阻抗，避免数字输入出现振铃。
• 参考和模拟输入：对参考和模拟输入进行旁路处理，使用低噪声、低漂移的参考源，如REF1004，并注意输入电容的质量和位置。

（三）不同信号测量应用

1. 小输入信号测量

对于桥传感器或称重传感器等小输出信号的测量，可使用OPA2333缓冲输入并提供增益。例如，对于灵敏度为2mV/V的称重传感器，使用5V电源时，推荐OPA2333的增益为100.8V/V，以实现约1V的满量程测量。

2. 大输入信号测量

对于需要测量超过5V信号的工业应用，可借助INA159将±10V输入转换为5V输入，使系统可使用单5V电源运行。

七、总结

ADS1225和ADS1226以其卓越的性能、丰富的功能和广泛的应用场景，成为电子工程师在高精度测量领域的得力助手。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择工作模式和配置参数，并注意电路板设计和外围电路的优化，以充分发挥其性能优势。你在使用类似A/D转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。