ZHCSOL1 December   2025 ADS125H18

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
  6. 5 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 ESD 等级
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 时序要求
    7. 5.7 开关特性
    8. 5.8 时序图
    9. 5.9 典型特性
  7. 6 参数测量信息
    1. 6.1  失调电压误差测量
    2. 6.2  温漂测量
    3. 6.3  增益误差测量
    4. 6.4  增益漂移测量
    5. 6.5  NMRR 测量
    6. 6.6  CMRR 测量
    7. 6.7  PSRR 测量
    8. 6.8  SNR 测量
    9. 6.9  INL 误差测量
    10. 6.10 THD 测量
    11. 6.11 SFDR 测量
    12. 6.12 噪声性能
    13. 6.13 TUE（总体未调整误差）测量
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  分压器和输入多路复用器
      2. 7.3.2  输入范围
      3. 7.3.3  ADC 基准电压
      4. 7.3.4  电源
        1. 7.3.4.1 AVDD 和 AVSS
        2. 7.3.4.2 IOVDD
        3. 7.3.4.3 CAPA 和 CAPD
        4. 7.3.4.4 上电复位 (POR)
      5. 7.3.5  时钟运行
        1. 7.3.5.1 内部振荡器
        2. 7.3.5.2 外部时钟
      6. 7.3.6  调制器
      7. 7.3.7  数字滤波器
        1. 7.3.7.1 数字滤波器延时
        2. 7.3.7.2 Sinc3 和 Sinc4 滤波器
        3. 7.3.7.3 Sinc4 + Sinc1 级联滤波器
        4. 7.3.7.4 50/60Hz 陷波滤波器
      8. 7.3.8  FIFO 缓冲器
        1. 7.3.8.1 FIFO 缓冲器读取与写入
        2. 7.3.8.2 FIFO 溢出和下溢
        3. 7.3.8.3 FIFO 深度指示器
        4. 7.3.8.4 FIFO 启用和清空
        5. 7.3.8.5 FIFO 阈值
      9. 7.3.9  通道自动序列发生器
        1. 7.3.9.1 自动序列发生器：基本操作
        2. 7.3.9.2 定序器模式
          1. 7.3.9.2.1 单次触发模式
          2. 7.3.9.2.2 单步连续转换模式
          3. 7.3.9.2.3 单次序列模式
          4. 7.3.9.2.4 连续序列模式
        3. 7.3.9.3 配置自动序列发生器
        4. 7.3.9.4 启动和停止序列发生器
        5. 7.3.9.5 自动序列发生器和 DRDY 行为
      10. 7.3.10 偏移和增益校准
      11. 7.3.11 数字 PGA
      12. 7.3.12 通用 IO (GPIO)
        1. 7.3.12.1 DRDY 输出
        2. 7.3.12.2 FAULT 输出
      13. 7.3.13 开路电流源 (OWCS)
      14. 7.3.14 使用 ADC 0 代码输出进行开路检测
      15. 7.3.15 系统监控器
        1. 7.3.15.1 内部短路（失调电压校准）
        2. 7.3.15.2 内部温度传感器
        3. 7.3.15.3 外部基准电压回读
        4. 7.3.15.4 电源回读
        5. 7.3.15.5 电阻分压器电源回读
      16. 7.3.16 监测器标志、指示器和计数器
        1. 7.3.16.1  复位（RESETn 标志）
        2. 7.3.16.2  AVDD 欠压监测器（AVDD_UVn 标志）
        3. 7.3.16.3  基准欠压监测器（REV_UVn 标志）
        4. 7.3.16.4  调制器超范围监测器（MOD_OVR_FAULTn 标志）
        5. 7.3.16.5  寄存器映射 CRC（REG_MAP_CRC_FAULTn 标志）
        6. 7.3.16.6  存储器映射 CRC（MEM_INTERNAL_FAULTn 标志）
        7. 7.3.16.7  FIFO 溢出（FIFO_OFn 标志）和 FIFO 下溢（FIFO_UFn 标志）
        8. 7.3.16.8  FIFO CRC 故障（FIFO_CRC_FAULTn 标志）
        9. 7.3.16.9  GPIO 读回
        10. 7.3.16.10 SPI CRC 故障（SPI_CRC_FAULTn 标志）
        11. 7.3.16.11 寄存器写入故障（REG_WRITE_FAULTn 标志）
        12. 7.3.16.12 DRDY 指示器（DRDY 位）
        13. 7.3.16.13 序列发生器有效指示器（SEQ_ACTIVE 位）
        14. 7.3.16.14 序列步骤指示器 (STEP_INDICATOR[4:0])
        15. 7.3.16.15 ADC 转换计数器 (CONV_COUNT[3:0])
        16. 7.3.16.16 FIFO 深度指示器 (FIFO_DEPTH[8:0])
        17. 7.3.16.17 已完成序列计数器 (SEQ_COUNT[3:0])
      17. 7.3.17 测试 DAC (TDAC)
      18. 7.3.18 并行后置滤波器
        1. 7.3.18.1 配置并行后置滤波器
        2. 7.3.18.2 并行后置滤波器的频率响应
        3. 7.3.18.3 趋稳时间和使用后置滤波器时的 DRDY 行为
        4. 7.3.18.4 建议后置滤波器设置示例
      19. 7.3.19 芯片选择转发
        1. 7.3.19.1 配置 CS 转发功能
        2. 7.3.19.2 CS 转发超时
        3. 7.3.19.3 CS 转发标头、帧和状态图
        4. 7.3.19.4 禁用 CS-FWD 模式
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 功率可扩展速度模式
      2. 7.4.2 序列发生器功能模式
      3. 7.4.3 空闲模式和待机模式
      4. 7.4.4 断电模式
      5. 7.4.5 复位
        1. 7.4.5.1 RESET 引脚
        2. 7.4.5.2 通过 SPI 寄存器写入进行复位
        3. 7.4.5.3 通过 SPI 输入模式进行复位
      6. 7.4.6 同步
      7. 7.4.7 转换开始延迟时间
    5. 7.5 编程
      1. 7.5.1  串行接口 (SPI)
      2. 7.5.2  串行接口信号
        1. 7.5.2.1 片选 (CS)
        2. 7.5.2.2 串行时钟 (SCLK)
        3. 7.5.2.3 串行数据输入 (SDI)
        4. 7.5.2.4 串行数据输出/数据就绪 (SDO/DRDY)
        5. 7.5.2.5 数据就绪 (DRDY) 引脚
      3. 7.5.3  串行接口通信结构
        1. 7.5.3.1 SPI 帧
        2. 7.5.3.2 STATUS 接头
        3. 7.5.3.3 SPI CRC
      4. 7.5.4  设备命令
        1. 7.5.4.1 无操作
        2. 7.5.4.2 读取转换数据
        3. 7.5.4.3 读取寄存器命令
        4. 7.5.4.4 写入寄存器命令
        5. 7.5.4.5 读取 FIFO 缓冲器命令
      5. 7.5.5  连续读取模式
        1. 7.5.5.1 在连续读取模式下读取转换数据
        2. 7.5.5.2 在连续读取模式下读取寄存器
        3. 7.5.5.3 在连续读取模式下读取 FIFO 缓冲器
      6. 7.5.6  POR 或复位之后的 SPI 通信
      7. 7.5.7  DRDY 引脚行为
      8. 7.5.8  菊花链运行
      9. 7.5.9  3 线 SPI 模式
        1. 7.5.9.1 3 线 SPI 模式帧重新对齐
      10. 7.5.10 转换数据
      11. 7.5.11 数据就绪
        1. 7.5.11.1 DRDY 引脚和 SDO/DRDY 引脚
        2. 7.5.11.2 DRDY 位
        3. 7.5.11.3 时钟计数
    6. 7.6 寄存器映射
      1. 7.6.1 ADS125H18 状态和通用配置页面
      2. 7.6.2 ADS125H18 步骤配置页面
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
      1. 8.1.1 串行接口连接
      2. 8.1.2 与多个器件接口
      3. 8.1.3 未使用的输入和输出
      4. 8.1.4 器件初始化
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 2 端子 V/I PLC 模拟输入模块
        1. 8.2.1.1 设计要求
        2. 8.2.1.2 详细设计过程
        3. 8.2.1.3 应用性能曲线图 - 串扰
      2. 8.2.2 3 端子 V/I PLC 模拟输入模块
      3. 8.2.3 具有固态开关的 2 端子 V/I PLC 模拟输入模块
      4. 8.2.4 双端子、单端 V/I PLC 模拟输入模块
      5. 8.2.5 2 端子、I 输入 PLC 模拟输入模块
    3. 8.3 电源相关建议
      1. 8.3.1 电源
      2. 8.3.2 电源排序
      3. 8.3.3 电源去耦
    4. 8.4 布局
      1. 8.4.1 布局指南
      2. 8.4.2 布局示例
  10. 9 器件和文档支持
    1. 9.1 文档支持
      1. 9.1.1 相关文档
    2. 9.2 接收文档更新通知
    3. 9.3 支持资源
    4. 9.4 商标
    5. 9.5 静电放电警告
    6. 9.6 术语表
  11. 10修订历史记录
  12. 11机械、封装和可订购信息

8.2.1.2 详细设计过程

图 7-21 中的电路支持对每个通道进行 2 端子电压/电流测量，这意味着每对螺丝端子均可根据分流电阻器选通开关的状态，用于测量电压输入信号或电流输入信号。进行电压测量时，开关断开，负载电阻器（分流器）不工作。进行电流测量时，开关闭合，负载电阻器吸收 4mA 至 20mA 输入电流；ADC 测量负载电阻器两端的压降以计算电流。

如 图 8-4 所示，电压和电流测量的输入通道配置均为差分模式，这意味着该设计支持测量处于不同共模电压下的电压或电流输入。但任何输入引脚上的绝对电压均不得超过 规格 部分规定的限值。

该电路在两个输入端与地之间均设有 TVS（瞬态电压抑制）二极管。这些二极管可限制进入 ADC 的瞬态电压，防止 ADC 受到任何不必要的过压快速瞬变的损害。这些二极管的击穿电压必须低于 ADC 输入端的最大允许输入电压 (±75V)。此外，TVS 二极管的钳位电压必须高于持续存在的最高端子电压，因为 TVS 二极管并非设计用于无限期分流。例如，如果预期最大持续输入电压为 30V（24V 模块电源接线错误时容差可能达 30V），则钳位电压必须高于 30V。例如，TVS3301（±37.5V 击穿电压）是该元件的绝佳选择。

在持续过压事件发生时，分流端子两端背对背的两个齐纳二极管可导引电流通过负载电阻器。例如，当使用 250Ω 负载电阻器时，建议选用约 11V 的击穿电压（具体取决于分流器的额定功率——如果分流器能承受该功率，则无需保护元件或可放宽要求）。此外，PTC 保险丝可在持续过压事件中限制通过分流器的电流：PTC 保险丝是一种在过流事件期间急剧增加电阻的元件，能有效限制电流，随后在事件冷却时自动复位，恢复正常运行。

在电压测量模式下，图 8-4 电路支持 -10V 至 +10V 的过程级电压输入。来自传感器发送器或其他连接至输入端的器件的电压信号可能出现共模电压偏移，因此需要具备 ±15V（相对于 GND）的绝对输入电压能力，详见 表 8-2。ADS125H18-V20 满足此绝对输入范围要求，参见 表 7-3。该 ±10V 输入电压及共模电压可由 ADS125H18 直接测量，无需外部衰减。

假设所有保护元件（TVS 二极管、齐纳二极管、PTC）的泄漏电流可忽略不计，则电压测量的误差完全取决于 ADS125H18 的 TUE（总体未调整误差）。根据 规格 部分，ADS125H18 的最大 (3σ) TUE 小于 表 8-2 规定的精度目标，详见 方程式 32 和 方程式 33。

方程式 32. E r r V 25 ° C = T U E H 18 25 ° C = 0.06 %   F S R   max ⁡       <   0.1 %   F S R
方程式 33. E r r V - 40 ° C   t o   125 ° C = T U E H 18 - 40 ° C   t o   125 ° C = 0.1 3 %   F S R   max ⁡       <   0 . 2 %   F S R

在电流测量模式下，负载电阻器 Rburden 和开关 Rsw 的组合电阻将输入电流 Iin 转换为 ADC VADCin 测得的电压：

方程式 34. V A D C i n =     I i n   × R b u r d e n +   R s w  

负载电阻器的阻值是根据功耗（散热）和动态范围之间的权衡来选择的。对于 24mA 最大电流和典型电阻 Rburden + Rsw = 250Ω，ADC 输入 AIN1-AIN0 的最大差分电压为 250Ω ⁢× 0.024A = 6V，完全在 ADS125H18 的绝对输入电压范围内。

要估算电流模式下的测量误差，需要考虑负载电阻 Rburden 产生的误差以及用于选通分流电阻器的开关的导通电阻 Rswitch。

总电流测量误差是外部分流电阻（包括负载电阻和开关电阻）误差与 ADC 电压测量误差（假设增益为 1）的组合，由 方程式 35 给出。

方程式 35. E r r I 1 σ =     E r r R b u r d e n   2   +     E r r R s w   2 +   E r r V 2  

有关如何执行 ADC 误差分析的详细信息，请参阅 ADC 系统误差分析背后的统计数据视频。

为电阻器选通开关选择导通电阻较低的继电器或 photoMOS。表 8-3 展示了两个不同的 photoMOS 示例。下文更详细地分析了电阻变化对系统精度的影响。1σ 变化指数据手册中的“典型”规格，而 3σ 变化指导致器件数据手册中的“最大”规格的变化。

表 8-3 PhotoMOS 规格
参数 CPC1002N AQY232G3HS
导通电阻 (25°C) 0.35Ω 0.07Ω
导通电阻变化（25°C、3σ） 0.2Ω 0.05Ω

整个温度范围内的导通电阻变化

（–40°C 至 +125°C、1σ）

 0.2Ω 0.1Ω

假设 250Ω 负载电阻器在室温下的典型 (1σ) 误差为 0.033%（最大容差 0.1%），并假设开关电阻为 0.35Ω ± 0.2Ω (3σ) (CPC1002N)。缩放后的开关电阻误差约为 (0.2Ω/3/250Ω) = 0.026% (1σ)。假设根据 规格 部分，ADC 的典型 (1σ) 电压测量误差为 0.03%，则在室温下，由分流器和 ADC 共同产生的总电流测量误差为（典型 1σ 和最大 3σ）：

方程式 36. E r r I   25 ° C ,   1 σ =   0.033 % 2   +   0.026 % 2 +   0.03 % 2   = 0.052 %   F S R  
方程式 37. E r r I   25 ° C ,   3 σ =   3   ×   E r r I   25 ° C ,   1 σ = 0 . 155 %   F S R

因此，电流测量误差小于 表 8-2 中规定的目标值：

方程式 38. E r r I   25 ° C ,   3 σ =   0 . 155 %   F S R < 0.2 %   F S R  

通过使用 ADS125H18 的增益和偏移校准寄存器进行单点温度系统校准，可显著降低此误差，但整个温度范围内的误差仍然存在。

在整个温度范围内，还必须考虑电阻（负载电阻器和开关）的漂移。考虑 表 8-2 规定的温度范围 –40°C 至 +125°C (Δdrift = max (125°C-25°C, 25°C-(-40°C)) = 100°C)。假设负载电阻器的典型漂移为 5ppm/°C，则负载电阻器的额外误差为 100°C × 5ppm/°C = 0.05%。假设开关导通电阻 (CPC1002N) 在整个温度范围内的典型变化为 0.2Ω，则开关电阻在整个温度范围内的误差 (1σ) 约为 0.2Ω/250Ω = 0.08%。

假设 ADC 在 –40°C 至 +125°C 温度范围内产生的典型 (1σ) 附加电压测量漂移误差为 0.04%，则由分流器和 ADC 温漂产生的附加电流测量误差为（典型值 1σ、最大值 3σ）：

方程式 39. E r r I   - 40 ° C   t o + 125 ° C ,   1 σ =   0.05 % 2   +   0.08 % 2 +   0.04 % 2   = 0.10 %   F S R
方程式 40. E r r I   - 40 ° C   t o + 125 ° C ,   3 σ =   3   ×   E r r I   - 40 ° C   t o + 125 ° C ,   1 σ = 0.30 %   F S R

在未经校准的系统中，方程式 40 给出的温漂误差会与 方程式 38 给出的室温误差相叠加。假设已执行室温校准以最小化 方程式 37 中的误差，则 方程式 40 所示的温漂误差占主导地位，且电流测量误差小于 表 8-2 规定的目标值：

方程式 41. E r r I   - 40 ° C   t o + 125 ° C ,   3 σ =   0.30 %   F S R <   0.35 %   F S R

如 方程式 36 和 方程式 39 所示，选通开关的导通电阻为 4mA 至 20mA 电流测量带来了显著误差，并且在此分析中，导通电阻是整体温漂误差的最大贡献因素（方程式 39 中的 0.08% 项）。应尽可能降低开关电阻及其变化。当选择 AQY232G3HS 而非 CPC1002N 时，方程式 36 和 方程式 39 计算出的误差将进一步减小，如 表 8-4 所示。或者，可选择能消除开关误差贡献的不同架构，例如 3 端子 V/I PLC 模拟输入模块 部分所示的电路。

表 8-4 使用两种不同的 PhotoMOS 且无开关时的电流测量误差
电流测量误差 目标规格 选择设计中使用的开关：
CPC1002N AQY232G3HS 无开关 (2)

室温

25°C，3σ

 ±0.2% FSR 0.16% FSR 0.13% FSR 0.13% FSR

在整个温度范围内 (1)

–40°C 至 +125°C、3σ

 ±0.35% FSR 0.30% FSR 0.23% FSR 0.19% FSR
(1) 假设执行了室温系统校准
(2) 请参阅 节 8.2.2 或 节 8.2.3。

总而言之，该电路满足了 设计要求 部分概述的电压测量精度设计目标：室温下为 ±0.1%FSR，整个温度范围内为 ±0.2%FSR。假设已执行室温系统校准以最小化室温误差，该电路也满足了 设计要求 部分概述的电流测量设计目标：室温下为 ±0.2%FSR，整个温度范围内为 ±0.35%FSR。