ADS1252：高精度24位模数转换器的深度解析

 

在电子设计领域，高精度模数转换器（ADC）是实现精确数据采集的关键部件。德州仪器（Texas Instruments）的ADS1252就是一款具有卓越性能的24位模数转换器，在众多高精度测量应用中发挥着重要作用。今天，我们就来深入探讨一下ADS1252的特性、应用以及工作原理。

文件下载：ads1252.pdf

一、ADS1252的特性亮点

高分辨率与低噪声

ADS1252拥有24位无失码的出色性能，在高达40kHz的数据速率下，仍能实现19位的有效分辨率，并且噪声低至2.5ppm。这使得它在对精度要求极高的应用中表现卓越，能够准确地将模拟信号转换为数字信号。

丰富的功能特性

它具备差分输入、低积分非线性（INL最大为0.0015%）、外部参考电压（0.5V至5V）、掉电模式和同步模式等功能。这些特性为工程师在设计电路时提供了更多的灵活性和选择，能够更好地满足不同应用场景的需求。

二、广泛的应用领域

ADS1252的高性能使其在多个领域都有广泛的应用，如心脏诊断、直接热电偶接口、血液分析、红外高温计、液相/气相色谱分析以及精密过程控制等。在这些应用中，高精度的数据采集是至关重要的，而ADS1252正好能够满足这一需求。

三、技术参数详解

绝对最大额定值

在使用ADS1252时，需要注意其绝对最大额定值。例如，模拟输入电流瞬间最大为±100mA，连续最大为±10mA；电压范围为GND - 0.3V至VDD + 0.3V等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏，影响其可靠性。

电气特性

在特定条件下（如TMIN至TMAX，VDD = +5V，CLK = 16MHz，VREF = 4.096V），ADS1252的各项电气特性表现出色。例如，差分输入阻抗为125kΩ，输入电容为480pF等。这些参数决定了它在实际应用中的性能表现。

典型特性曲线

通过典型特性曲线，我们可以更直观地了解ADS1252的性能。例如，RMS噪声与数据输出速率、有效分辨率与温度、积分非线性与数据输出速率等曲线，能够帮助工程师在不同的工作条件下，优化电路设计，以达到最佳的性能。

四、工作原理剖析

模拟输入

ADS1252采用全差分模拟输入，基于全差分开关电容架构设计，能够提供低系统噪声、100dB的共模抑制比和出色的电源抑制比。在处理模拟输入信号时，需要注意输入阻抗、输入电流和信号带宽等因素，以确保器件的整体性能。

增量 - 西格玛调制器

该调制器的工作频率与系统时钟频率相关，系统时钟频率为16MHz时，调制器频率为2.667MHz，过采样比为64。不同的系统时钟频率会导致不同的数据输出速率，工程师可以根据实际需求进行调整。

数字滤波器

数字滤波器采用sinc5滤波器，根据增量 - 西格玛调制器的输出计算数字结果。数据输出速率与系统CLK频率直接相关，通过改变系统CLK频率，可以在很宽的范围内调整数据输出速率。同时，滤波器的 -3dB点为数据输出速率的0.216倍，需要确保数据输出速率有足够的余量，以防止信号衰减。

控制逻辑

控制逻辑用于ADS1252的通信和控制。在电源开启时，需要注意输入引脚的状态，并且DOUT/DRDY线在第一次转换时会脉冲为低，但此时数据无效，第六次脉冲时的数据才是有效的模拟输入信号数据。

同步与掉电模式

通过保持SCLK高电平，可以实现多个ADS1252的同步或使器件进入掉电模式。同步时，需要保持SCLK高电平至少四个但少于20个连续的DOUT/DRDY周期；掉电模式则需要保持SCLK高电平至少20个连续的DOUT/DRDY周期。

串行接口

ADS1252的串行接口简单易用，可以与微控制器和数字信号处理器以多种方式连接。通信在检测到DOUT/DRDY脉冲后开始，但数据在第六次转换后才有效。数据以24位结果的形式，采用偏移二进制补码格式，MSB优先传输。

五、设计注意事项

隔离与布局

串行接口提供了简单的隔离方法，CLK信号可以本地使用，只需要SCLK和DOUT/DRDY两个信号用于隔离数据采集。在布局方面，电源供应要稳定且低噪声，避免数字线路在器件下方布线，以防止噪声耦合。同时，模拟和数字部分的接地要仔细分区，采用良好的去耦措施。

系统考虑

系统设计需要根据整体要求进行调整。对于简单系统，可以采用共用电源和接地平面；对于复杂系统，需要将系统拆分为多个部分，每个ADS1252可以有自己的模拟处理前端，以提高分辨率。

六、术语定义

在理解ADS1252的数据手册时，需要明确一些术语的定义，如模拟输入差分电压、实际模拟输入电压、满量程范围、最低有效位（LSB）权重、转换周期和有效分辨率等。这些术语的准确理解有助于工程师更好地设计和应用ADS1252。

总之，ADS1252是一款性能卓越的24位模数转换器，在高精度测量应用中具有很大的优势。通过深入了解其特性、工作原理和设计注意事项，工程师可以充分发挥其性能，实现更精确的数据采集和处理。大家在实际应用中遇到过哪些关于ADS1252的问题呢？欢迎在评论区分享交流。