学完芯片内部,本节看怎么把它接到真实电路里。重点讲三块:模拟前端抗混叠滤波、最小系统连接、PCB 布局。

🎚️ 抗混叠滤波器

ADC 采样前必须在输入端加低通滤波,防止高于 fMOD/2 的频率混叠到有用频段。对 Δ-Σ ADC 来说,数字滤波器本身已提供很强衰减,所以通常只需一阶 RC 滤波。

图 9-1. 推荐抗混叠电路 图 9-1. 推荐抗混叠电路

图中用 1kΩ 电阻 + 10nF 电容,截止频率约 16kHz,对 CLKIN 2~8.2MHz 范围都适用。RFILT 不要太大,否则会影响输入阻抗和建立时间。

🔌 最小连接

如果 MCU 引脚紧张,可以把 CS 直接拉低(ADS131M02 是唯一从机时),用 DRDY 或 CLKIN 计数来做同步。

图 9-2. ADS131M02 最小连接 图 9-2. ADS131M02 最小连接

注意

CS 长期拉低时建议启用 SPI 超时(TIMEOUT 位),防止通信失步后无法恢复。

⚡ 电能计量前端

典型单相电表:一路 CT 测电流,一路电阻分压测电压。

图 9-6. 电压测量前端 图 9-6. 电压测量前端

图 9-7. 电流测量前端 图 9-7. 电流测量前端

  • 电压通道:分压把 220V 降到 mV 级,注意电阻耐压和功率;
  • 电流通道:CT 二次侧经 burden 电阻变成电压。用两个相同电阻「分压接法」比单个电阻 THD 更好。

🔋 电源与去耦

  • AVDD、DVDD 各自用 1µF MLCC 就近去耦;
  • CAP 引脚 220nF 到 DGND;
  • 模拟地和数字地在芯片下方单点连接,不要形成地环路。

🖥️ PCB 布局要点

图 11-1. 布局示例 图 11-1. 布局示例

  • 地层:尽量有一层完整接地平面,模拟地和数字地在芯片下短接;
  • 模拟/数字分区:模拟输入在左,数字接口在右,减少串扰;
  • 电容贴芯片:去耦电容和抗混叠电容尽量靠近引脚,走线短而粗;
  • 时钟走线:CLKIN 远离模拟输入,避免过冲和毛刺;
  • C0G 电容:模拟输入前端用 C0G/NP0,温漂小;电源去耦用 X7R。

布局口诀

模拟数字分开走,电容紧靠电源脚,地平面要完整,CLKIN 别挨模拟口。