ZHCSPQ8 December   2025 ADS122S14

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 噪声性能
  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  模拟输入和多路复用器
      2. 7.3.2  可编程增益放大器 (PGA)
      3. 7.3.3  电压基准
        1. 7.3.3.1 内部基准
        2. 7.3.3.2 外部基准
        3. 7.3.3.3 基准缓冲器
      4. 7.3.4  时钟源
      5. 7.3.5  Δ-Σ 调制器
      6. 7.3.6  数字滤波器
        1. 7.3.6.1 Sinc4 和 Sinc4 + Sinc1 滤波器
        2. 7.3.6.2 FIR 滤波器
        3. 7.3.6.3 数字滤波器延迟
        4. 7.3.6.4 全局斩波模式
      7. 7.3.7  激励电流源 (IDAC)
      8. 7.3.8  烧毁电流源 (BOCS)
      9. 7.3.9  通用 IO (GPIO)
        1. 7.3.9.1 FAULT 输出
        2. 7.3.9.2 DRDY 输出
      10. 7.3.10 系统监控器
        1. 7.3.10.1 内部短路（失调电压校准）
        2. 7.3.10.2 内部温度传感器
        3. 7.3.10.3 外部基准电压回读
        4. 7.3.10.4 电源回读
      11. 7.3.11 监控器和状态标志
        1. 7.3.11.1 复位（RESETn 标志）
        2. 7.3.11.2 AVDD 欠压监控器（AVDD_UVn 标志）
        3. 7.3.11.3 基准欠压监控器（REV_UVn 标志）
        4. 7.3.11.4 SPI CRC 故障（SPI_CRC_FAULTn 标志）
        5. 7.3.11.5 寄存器映射 CRC 故障（REG_MAP_CRC_FAULTn 标志）
        6. 7.3.11.6 内部存储器故障（MEM_FAULTn 标志）
        7. 7.3.11.7 寄存器写入故障（REG_WRITE_FAULTn 标志）
        8. 7.3.11.8 DRDY 指示器（DRDY 位）
        9. 7.3.11.9 转换计数器 (CONV_COUNT[3:0])
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 上电和复位
        1. 7.4.1.1 上电复位 (POR)
        2. 7.4.1.2 通过寄存器写入进行复位
        3. 7.4.1.3 通过 SPI 输入模式进行复位
      2. 7.4.2 工作模式
        1. 7.4.2.1 空闲和待机模式
        2. 7.4.2.2 断电模式
        3. 7.4.2.3 电源可扩展转换模式
          1. 7.4.2.3.1 连续转换模式
          2. 7.4.2.3.2 单次转换模式
    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 标头
        3. 7.5.3.3 SPI CRC
      4. 7.5.4  器件命令
        1. 7.5.4.1 无操作（读取转换数据）
        2. 7.5.4.2 读取寄存器命令
        3. 7.5.4.3 写入寄存器命令
      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寄存器
      6. 7.5.6  菊花链运行
      7. 7.5.7  3 线 SPI 模式
        1. 7.5.7.1 3 线 SPI 模式帧重新对齐
      8. 7.5.8  监控新转换数据
        1. 7.5.8.1 DRDY 引脚或 SDO/DRDY 引脚监控
        2. 7.5.8.2 读取 DRDY 位和转换计数器
        3. 7.5.8.3 时钟计数
      9. 7.5.9  DRDY 引脚行为
      10. 7.5.10 转换数据格式
      11. 7.5.11 寄存器映射 CRC
  9. 8 寄存器
  10. 9 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
      1. 9.1.1 串行接口连接
      2. 9.1.2 连接多个器件
      3. 9.1.3 未使用的输入和输出
      4. 9.1.4 器件初始化
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 软件可配置 RTD 测量输入
        1. 9.2.1.1 设计要求
        2. 9.2.1.2 详细设计过程
        3. 9.2.1.3 应用性能曲线图
        4. 9.2.1.4 设计变体 — 使用两个 IDAC 实现自动引线补偿的 3 线 RTD 测量
      2. 9.2.2 使用 2 线 RTD 通过冷端补偿进行热电偶测量
      3. 9.2.3 具有温度补偿的电阻式电桥传感器测量
    3. 9.3 电源相关建议
      1. 9.3.1 电源
      2. 9.3.2 电源排序
      3. 9.3.3 电源去耦
    4. 9.4 布局
      1. 9.4.1 布局指南
      2. 9.4.2 布局示例
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 文档支持
      1. 10.1.1 相关文档
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息

9.2.1.2 详细设计过程

图 9-4 中的电路采用比例式测量配置。换言之，传感器信号（即本例中 RTD 上的电压）和 ADC 的基准电压来自同一激励源。因此，由温度漂移或激励源噪声导致的误差会抵消，因为这些误差对于传感器信号和基准都是常见的。

要使用该器件实现比例式 RTD 测量，请使用 I1MUX[2:0] 位将 IDAC1 路由到 AIN7（对于 4 线 RTD 连接）或 AIN6（对于 2 线和 3 线 RTD 连接）。使用 I1MAG[3:0] 位选择激励电流源值。激励电流经过 RTD 和精密低漂移基准电阻 RREF 流至接地。在基准电阻器（如方程式 14所示）上生成的电压 VREF 用作 ADC 基准电压。为此，使用 REF_SEL[1:0] 在引脚 AIN4/REFP 和 AIN5/REFN 之间选择外部电压基准

方程式 14. VREF = IIDAC1 × RREF

为了简化以下讨论，RTD 的各引线电阻值 (RLEADx) 设置为零。如方程式 15所示，IDAC1 会激发 RTD 以产生与温度相关 RTD 值和 IDAC1 值成正比的电压 (VRTD)。

方程式 15. VRTD = RRTD × IIDAC1

使用 AINP[3:0] 和 AINN[3:0] 位选择模拟输入，以根据 RTD 类型测量 VRTD：

  • 对于 2 线 RTD，在 AINP = AIN0 和 AINN = AIN2 之间测量。
  • 对于 3 线或 4 线 RTD，在 AINP = AIN0 和 AINN = AIN1 之间测量。

该器件使用 PGA 在内部放大 RTD 两端的电压，并将生成的电压与基准电压进行比较，以根据方程式 16生成数字输出代码。

方程式 16. Code / 2n = VRTD × Gain / VREF = (RRTD × IIDAC1 × Gain) / (IIDAC1 × RREF)
方程式 17. Code / 2n = (RRTD × Gain) / RREF

其中 n 取决于所选的编码方案和 ADC 分辨率：

  • n = 15（16 位 ADC，二进制补码格式）
  • n = 16（16 位 ADC，单极标准二进制格式）
  • n = 23（24 位 ADC，二进制补码格式）
  • n = 24（24 位 ADC，单极标准二进制格式）

如方程式 17所示，输出代码仅取决于 RTD 的值、PGA 增益和基准电阻 (RREF)，而不取决于 IDAC1 值。因此，激励电流的绝对精度和温度漂移无关紧要。然而，由于基准电阻的值直接影响测量结果，因此选择具有良好初始精度和极低温度系数的基准电阻对于限制 RREF 引入的测量误差非常重要。

基准电阻 RREF 不仅用于为器件生成基准电压，还用于将 RTD 引线上的电压设置在 PGA 的指定绝对输入电压范围内。这在使用大于 10 的 PGA 增益时非常重要，因为当使用大于 10 的增益时，PGA 需要相对于 GND 存在余量才能运行。

设计电路时，还必须注意满足 IDAC 的顺从电压要求。IDAC 要求在到 GND 的电流路径上产生的最大压降等于或小于规定的顺从电压，才能精确运行。

如设计要求中所述，此设计示例讨论了 Pt100 元件的电路实现，该元件测量的温度范围为 –200°C 到 +850°C。选择 Pt100 的激励电流作为 IIDAC1 = 400µA，以满足本示例所需的功率预算。如前所述，除了为 ADC 产生基准电压之外，RREF 上的电压还设置 RTD 测量的绝对输入电压。通常，选择可保持 IDAC 顺从电压并满足 PGA 绝对输入电压要求的最大基准电压。将共模电压设置为等于或低于模拟电源的一半是良好的设计起点。在本例中，1.6V 用作目标共模电压。因此，使用 方程式 18 计算 RREF 的值：

方程式 18. RREF = VREF / IIDAC1 = 1.6V / 400μA = 4kΩ

RREF 的稳定性对于在整个温度范围内和时间范围内实现良好的测量精度至关重要。建议选择温度系数为 ±10ppm/°C 或更佳的基准电阻器。

最后一步，选择 PGA 增益以使最大输入信号与 ADC 的 FSR 相匹配。Pt100 的电阻值会随温度升高而增加。因此，要测量的最大电压 (VINMAX) 出现在正温度极点。根据 NIST 表，在 850°C 处 Pt100 的等效电阻约为 391Ω。Pt100 两端的电压等于 方程式 19：

方程式 19. VINMAX = VRTD (at 850°C) = RRTD (at 850°C) × IIDAC1 = 391Ω × 400µA = 156.4mV

使用 1.6V 基准时可应用的最大增益计算结果为 (1.6V / 156.4mV) = 10.23。ADS1x2S14 中可用的下一个较小 PGA 增益设置为 10。当增益为 10 时，该器件提供 FSR 值，如方程式 20中所述：

方程式 20. FSR = ±VREF / Gain = ±1.6V / 10 = ±160mV

此范围允许 IDAC 和基准电阻器的初始精度和漂移存在裕度。

为了将 ADC 功耗保持在最低水平，使用 SPEED_MODE[1:0] 位选择速度模式 0 (fMOD = 32kHz)。为了满足 50Hz 和 60Hz 的线路周期抑制要求，使用 FLTR_OSR[2:0] 位选择 20SPS 输出数据速率。选择采用相同 20SPS 输出数据速率设置的更快速度模式时，测量分辨率（由 ADC 噪声决定）会升高，但代价是功耗更高。但是，测量精度（由 ADC 直流误差决定，例如增益和偏移误差）在很大程度上不受速度模式设置影响。

模拟和正基准输入端的串联电阻的主要用途是保护器件输入免受任何过压条件的影响。如果应用中 RTD 端子上可能出现过压情况，请在选择串联电阻值时，将流入模拟和正基准输入的电流限制在 10mA 以下。本例中选择了 2.2kΩ 的串联电阻值，以便在 RTD 端子上存在高达 ±10V 的过压时将输入电流限制在 5mA 以下。在选择电阻值时，请考虑串联电阻与进入模拟和基准输入端的输入电流之间的相互作用。串联电阻器上产生的压降会导致潜在的偏移误差。此外，串联电阻器与输入电容器一起构成一阶 RC 抗混叠滤波器。对于此 Δ-Σ ADC，RC 滤波器的确切转角频率并不是很关键。一般建议是选择一个至少比 ADC 调制器频率低 10 倍的转角频率。

选择 IDAC、RREF、PGA 增益和串联电阻的值后，确保仔细检查这些设置是否满足 PGA 的绝对输入电压要求以及 IDAC 的顺从电压。计算中包括 IDAC1 的 RTD 引线电阻和 IDAC1 输出引脚上的串联电阻器产生的压降。

本例中 3 线 RTD 的引线补偿通过实施两步测量方法实现。

  1. 在步骤一中，测量 AIN0 和 AIN1 之间的电压 (V1)。
  2. 在第二个测量步骤中，测量 AIN0 和 AIN2 之间的电压 (V2)。

方程式 21 和 方程式 22 代表这两个测量值。

方程式 21. V1 = IIDAC1 (RLEAD1 + RRTD)
方程式 22. V2 = IIDAC1 (RLEAD1 + RRTD + RLEAD3)

假设所有三个引线电阻具有相同的值 RLEAD 是合理的。因此，使用 方程式 23 来计算引线补偿 RTD 电压。

方程式 23. VRTD = 2 × V1 – V2 = 2 × [IIDAC1 (RLEAD + RRTD)] – IIDAC1 (2 × RLEAD + RRTD) = IIDAC1 × RRTD

RTD 测量寄存器位设置 展示了本设计示例中各种测量的关键寄存器位设置。

表 9-2 RTD 测量寄存器位设置
寄存器位 2-WIRE RTD 3-WIRE RTD 4-WIRE RTD
V1 V2
SPEED_MODE[1:0] 00b（速度模式 0）
FLTR_OSR[2:0] 111b (fDATA = 20SPS)
GAIN[3:0] 0110b（增益 = 10）
REFP_BUF_EN 1b（REFP 缓冲器启用）
REFN_BUF_EN 0b（REFN 缓冲器禁用）
REF_SEL[1:0] 01b（外部基准）
IUNIT 1b (IUNIT = 10μA)
I2MAG[3:0] 0000b（IDAC2 禁用）
I2MUX[2:0] 无关
I1MAG[3:0] 0101b (IIDAC1 = 40 × IUNIT)
I1MUX[2:0] 110b (AIN6) 110b (AIN6) 110b (AIN6) 111b (AIN7)
AINP[3:0] 0000b (AIN0) 0000b (AIN0) 0000b (AIN0) 0000b (AIN0)
AINN[3:0] 0010b (AIN2) 0001b (AIN1) 0010b (AIN2) 0001b (AIN1)

如需详细了解 RTD 测量电路以及使用 TI ADC 的实现，请参阅 RTD 测量基本指南应用手册。使用精密 Δ-Σ ADC 进行 RTD 断线检测应用手册中讨论了使用与 ADS1x2S14 中集成的功能类似的功能进行传感器故障检测的各种策略。此处提供了使用 C 代码的软件库，展示了如何在主机控制器中实现 RTD 线性化算法。