ADS1222：24位模数转换器的卓越之选

 

在电子工程师的设计工具箱中，一款性能出色的模数转换器（ADC）是实现高精度测量和数据采集的关键。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的ADS1222，一款24位、2通道的Delta-Sigma模数转换器，看看它在设计中能为我们带来哪些优势。

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一、产品概述

ADS1222采用TSSOP - 14封装，在小尺寸的同时提供了出色的性能和低功耗特性，非常适合对空间和功耗有严格要求的便携式系统和其他应用。它由Delta - Sigma调制器和数字滤波器构成，模拟调制器具有±5V的差分输入范围，输入多路复用器（MUX）可在两个差分输入通道之间进行选择，还可以选择输入缓冲器来增加测量的输入阻抗。简单的2线串行接口提供了必要的控制功能，支持数据检索、自校准和待机模式。

二、关键特性剖析

（一）高性能指标

1. 分辨率与数据速率：ADS1222具有24位分辨率，在4MHz时钟下数据速率可达240SPS，有效分辨率为20位，能满足大多数高精度测量的需求。数据速率与时钟频率直接相关，例如在2MHz时钟下数据速率为120SPS，当提高时钟频率时，数据速率也会相应增加。
2. 线性度与误差：积分非线性（INL）典型值为0.0003%，最大值为0.0015%，具有出色的线性度。同时，它还具有较低的偏移误差和增益误差，并且在不同条件下（如缓冲器开启或关闭）都能保持良好的性能。例如，缓冲器关闭时偏移误差典型值为50μV，增益误差典型值为0.004%。
3. 共模抑制与电源抑制：在直流条件下，缓冲器关闭时共模抑制比（CMRR）可达95dB，缓冲器开启时为90 - 100dB；电源抑制比（PSRR）在缓冲器关闭和开启时，在2.7V - 5.5V电源电压范围内都能达到90dB，有效抑制了共模信号和电源波动对测量结果的影响。

（二）低功耗设计

ADS1222的低功耗特性使其在便携式设备中表现出色。正常模式下，当VDD = 5V且缓冲器关闭时，电流消耗为300μA；当进入待机模式时，功耗可大幅降低，通常小于1μW（时钟停止时）。在只需要单次转换的应用中，可以在测量间隙将其快速关闭到待机模式，从而显著降低整体功耗。

（三）丰富的功能特性

1. 输入缓冲器：通过BUFEN引脚可以选择是否启用输入缓冲器。启用缓冲器后，输入阻抗可大幅提高，达到1.2GΩ（2MHz时钟），有效减少了对输入信号源的负载影响。但在待机模式下，必须禁用缓冲器以防止输入负载。
2. 温度传感器：芯片内置温度传感器，通过设置TEMPEN引脚为高电平，可将模拟输入连接到芯片内部的二极管，通过测量二极管电压差来推断温度变化。在25°C时，二极管电压差典型值为106mV，温度系数为360μV/°C。
3. 自校准功能：可以在任何时候启动自校准，通常在许多应用中，上电时自动执行的自校准就足以满足需求。启动自校准时，在检索24位数据后施加至少两个额外的SCLK脉冲即可。校准完成后，DRDY/DOUT引脚变低，表示新数据就绪。

三、引脚功能与应用

（一）引脚功能

ADS1222的引脚功能丰富且明确，涵盖了电源、时钟、数据、控制等多个方面。例如，VDD引脚提供模拟和数字电源；CLK引脚提供系统时钟，可通过调整其频率来改变数据速率；DRDY/DOUT引脚既是数据就绪指示，又是数据输出引脚；SCLK引脚用于串行数据的移位输出。详细的引脚功能如下表所示：	TERMINAL	1/O	DESCRIPTION
VDD	1	Analog/Digital	Analog and digital power supply
SCLK	2	Digital input	Serial clock input
CLK	3	Digital input	System clock input
DRDY/DOUT	4	Digital Output	Dual - purpose output: Data ready:indicates valid data by going low Data output outputs data, MSB first, on the rising edge of SCLK.
MUX	5	Digital input	Selects analog input of mux
TEMPEN	6	Digital input	Selects temperature sensor input from mux
BUFEN	7	Digital input	Enables input buffer
AINP2	8	Analog input	Analog channel 2 positive input
AINN2	9	Analog input	Analog channel 2 negative input
AINP1	10	Analog input	Analog channel 1 positive input
AINN1	11	Analog input	Analog channel 1 negative input
GND	12	Analog/Digital	Analog and digital ground
VREFN	13	Analog input	Negative reference input
VREFP	14	Analog input	Positive reference input

（二）应用场景

1. 手持仪器：由于其低功耗和高精度的特点，ADS1222非常适合用于手持仪器，如便携式万用表、数据采集仪等，能够在有限的电池供电条件下提供准确的测量结果。
2. 便携式医疗设备：在医疗设备中，对测量精度和功耗有较高要求。ADS1222可以用于测量生物电信号、生理参数等，为医疗诊断提供可靠的数据支持。
3. 工业过程控制：在工业生产中，需要对各种物理量进行精确测量和控制。ADS1222可以用于监测温度、压力、流量等参数，确保工业过程的稳定运行。
4. 电子秤：电子秤需要高精度的重量测量，ADS1222的高分辨率和低误差特性使其成为电子秤设计的理想选择。

四、设计注意事项

（一）电路设计

1. 电源旁路：使用好的电源旁路电容技术，将小值陶瓷电容与大值钽电容并联，并将电容尽可能靠近电源引脚放置，以减少电源噪声对芯片的影响。
2. 参考电压：参考电压的质量直接影响到测量的准确性。建议使用低噪声、低漂移的参考源，如REF1004，并在VREFP和VREFN之间使用0.1μF的旁路电容，且电容应尽量靠近引脚。
3. 数字输入：为避免数字输入信号的振铃现象，可以在数字引脚串联一个小电阻（约100Ω），并将电阻放置在信号源端，以控制走线阻抗。

（二）PCB设计

1. 接地设计：使用接地平面，并将ADS1222的GND引脚和旁路电容直接连接到接地平面，以减少接地噪声。
2. 走线布局：参考和模拟输入是最关键的电路，应尽量缩短输入引脚的走线长度，并注意走线的布局，避免干扰。同时，输入电容应使用高质量的介质，并尽可能靠近输入引脚放置。

（三）操作注意事项

1. ESD保护：由于集成电路容易受到静电放电（ESD）的损坏，在操作过程中应采取适当的ESD防护措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等。
2. 自校准操作：在电源和参考电压稳定后，应发出自校准命令，以最小化偏移和增益误差。

五、总结

ADS1222作为一款高性能、低功耗的24位模数转换器，在多个领域都有广泛的应用前景。其丰富的功能特性和出色的性能指标为电子工程师提供了强大的设计工具。在设计过程中，只要我们充分了解其特性，并注意电路和PCB设计的细节，就能够充分发挥ADS1222的优势，实现高精度的测量和数据采集。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。