該ADS131M03是一款三通道、同步采樣、24 位、三角積分 （ΔΣ）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），具有寬動(dòng)態(tài)范圍、低功耗和能量測(cè)量特定功能，使該器件非常適合電能計(jì)量、功率計(jì)量和斷路器應(yīng)用。ADC輸入可直接連接至電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或電源變壓器以測(cè)量電壓，或連接電流互感器、分流器或羅氏線圈以測(cè)量電流。

可以根據(jù)傳感器輸入獨(dú)立配置各個(gè)ADC通道。低噪聲、可編程增益放大器 （PGA） 提供 1 至 128 的增益范圍，以放大低電平信號(hào)。此外，該器件還集成了通道間相位校準(zhǔn)以及失調(diào)和增益校準(zhǔn)寄存器，以幫助消除信號(hào)鏈誤差。
*附件：ads131m03.pdf

器件中集成了低漂移的 1.2V 基準(zhǔn)電壓源，可減少印刷電路板 （PCB） 面積。數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和寄存器映射上的可選循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC） 可保持通信完整性。

完整的模擬前端 （AFE） 采用 20 引腳 TSSOP 封裝或無(wú)引腳 20 引腳 WQFN 封裝，額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。

特性

• 3 個(gè)同時(shí)采樣差分輸入
• 可編程數(shù)據(jù)速率高達(dá) 64 kSPS
• 可編程增益高達(dá) 128
• 噪音表現(xiàn)：
  • 增益 = 1， 4 kSPS 時(shí)的 102 dB 動(dòng)態(tài)范圍
  • 增益 = 64、4 kSPS 時(shí)的 80 dB 動(dòng)態(tài)范圍
• 總諧波失真：–100 dB
• 用于直接傳感器連接的高阻抗輸入：
  • 輸入阻抗 330kΩ，增益為 1、2 和 4
  • 輸入阻抗≥ 1MΩ，增益為8、16、32、64和128
• 可編程通道間相位延遲校準(zhǔn)：
  • 244 ns 分辨率，8.192 MHz f克金
• 電流檢測(cè)模式允許極低功耗的篡改檢測(cè)
• 快速啟動(dòng)：在電源斜坡后 0.5 ms 內(nèi)獲得第一個(gè)數(shù)據(jù)
• 集成負(fù)電荷泵允許輸入信號(hào)低于地
• 通道間串?dāng)_：–120 dB
• 低漂移內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源
• 通信和寄存器映射上的循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC）
• 2.7V 至 3.6V 模擬和數(shù)字電源
• 低功耗：3.6 mW（3V AVDD 和 DVDD）
• 包：
  • 20 引腳 TSSOP 或 20 引腳 WQFN
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +125°C

參數(shù)

方框圖

ADS131M03 是德州儀器推出的 3 通道同步采樣 24 位 ΔΣ ADC，核心優(yōu)勢(shì)為高動(dòng)態(tài)范圍、可編程增益與低功耗特性，專為電能計(jì)量、斷路器、保護(hù)繼電器等電力相關(guān)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，支持直接連接傳感器實(shí)現(xiàn)多通道電壓、電流精準(zhǔn)同步測(cè)量。

核心參數(shù)與特性

• 分辨率與采樣：24 位分辨率無(wú)失碼，3 路差分輸入同步采樣；可編程采樣率最高 64 kSPS，支持高分辨率（HR）、低功耗（LP）、極低功耗（VLP）三種功率模式。
• 增益與輸入：可編程增益 1-128 倍，增益≥8 時(shí)輸入阻抗≥1 MΩ，增益≤4 時(shí)為 330 kΩ；集成負(fù)電荷泵，支持輸入信號(hào)低于地電位測(cè)量。
• 動(dòng)態(tài)性能：增益 = 1、4 kSPS 時(shí)動(dòng)態(tài)范圍 102 dB，THD 低至 - 100 dB，通道間串?dāng)_ - 120 dB；輸入失調(diào)誤差典型值 ±175 μV，增益漂移 1 ppm/°C。
• 供電與封裝：模擬 / 數(shù)字供電 2.7V-3.6V，功耗低至 3.6 mW（3V 供電）；工作溫度–40°C 至 + 125°C，提供 20 引腳 TSSOP（6.5mm×4.4mm）和 WQFN（3mm×3mm）封裝。
• 接口與校準(zhǔn)：SPI 接口（支持 16/24/32 位字長(zhǎng)），帶 CRC 通信校驗(yàn)；支持通道間相位延遲校準(zhǔn)（244ns 分辨率）、獨(dú)立通道偏移與增益校準(zhǔn)。

關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)

• 信號(hào)鏈架構(gòu)：ΔΣ 調(diào)制器 + 數(shù)字抽取濾波器，支持 64-16384 倍過(guò)采樣（OSR），可通過(guò)調(diào)整 OSR 平衡噪聲與響應(yīng)速度；內(nèi)置 1.2V 低漂移參考源。
• 靈活校準(zhǔn)：每通道獨(dú)立偏移（OCAL）和增益（GCAL）校準(zhǔn)寄存器，支持實(shí)時(shí)誤差修正；全局?jǐn)夭Ｊ剑℅lobal-Chop）可降低失調(diào)誤差與漂移。
• 監(jiān)控與保護(hù)：集成寄存器映射 CRC 校驗(yàn)，SPI 通信 CRC 錯(cuò)誤檢測(cè)；支持電流檢測(cè)模式，適用于低功耗防篡改場(chǎng)景。
• 同步與控制：SYNC/RESET 引腳支持多器件同步或硬件復(fù)位；DRDY 引腳可配置為電平或脈沖輸出，指示數(shù)據(jù)就緒狀態(tài)。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 電能計(jì)量：商用 / 民用電表、電能質(zhì)量分析儀，實(shí)現(xiàn)多通道電壓 / 電流同步采樣與功率計(jì)算。
• 電力保護(hù)：斷路器、保護(hù)繼電器，快速捕捉電力信號(hào)異常并觸發(fā)保護(hù)機(jī)制。
• 電池相關(guān)：電池測(cè)試設(shè)備、電池管理系統(tǒng)（BMS），精準(zhǔn)測(cè)量多通道電池參數(shù)。

設(shè)計(jì)與使用建議

• 電源與去耦：AVDD 和 DVDD 需分別并聯(lián) 1 μF 去耦電容，CAP 引腳（LDO 輸出）需接 220 nF 電容到 DGND；模擬地與數(shù)字地就近單點(diǎn)連接，減少干擾。
• 輸入配置：模擬輸入建議添加 RC 低通濾波器抑制混疊；根據(jù)增益選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路，確保源阻抗匹配以優(yōu)化失真性能。
• 布局注意：采用獨(dú)立接地平面，模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分區(qū)域布線；時(shí)鐘信號(hào)需避免過(guò)沖與毛刺，長(zhǎng)距離傳輸需終端匹配。
• 校準(zhǔn)與同步：上電后建議進(jìn)行偏移與增益校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器；多器件同步需同步 CLKIN 時(shí)鐘并觸發(fā) SYNC 信號(hào)，確保采樣一致性。