电气特性表(Electrical Characteristics)是选型的硬指标。对 ADS131M02 这种计量 ADC,最需要关注的参数是:噪声、动态范围、THD、输入阻抗、功耗。本节用几张关键曲线带你入门。
📉 噪声直方图:芯片到底有多「安静」
把 ADC 输入短接(0 输入),连续采集很多次,得到一连串输出码。理想情况下所有码都相同;实际会形成一个分布。分布越窄,噪声越小。
图 6-20/6-21. 单器件噪声直方图(4 kSPS / 32 kSPS)
这张图展示了两种数据速率下的噪声分布。可以看到:
- 4 kSPS 时分布更窄,噪声更小;
- 32 kSPS 时分布更宽,噪声更大;
- 原因是:数据速率越高,数字滤波器带宽越宽,通过的噪声就越多。
trade-off
低速率 = 低噪声 + 高动态范围;高速率 = 高带宽 + 略差噪声。电能计量通常用 4~8 kSPS。
🌈 动态范围 vs 增益
动态范围(Dynamic Range)可以理解为 ADC 能同时分辨的最大信号与最小信号的比值,单位 dB。增益越高,满量程范围(FSR)越小,能测的最小信号也越小,但动态范围会下降。
图 6-23/6-24/6-25. 动态范围与增益关系
从图中能看出:
- 增益=1 时动态范围最大,约 102dB(4kSPS);
- 增益增大到 128,动态范围下降,但能测到 µV 级小信号;
- 所以选增益时不是越大越好,而是「够用就行」。
🔌 输入偏移电流与输入阻抗
ADS131M02 的 PGA 在低增益时输入阻抗约 330kΩ(折算到 fMOD),高增益时由于预充电缓冲器,输入阻抗可达 1MΩ 以上。这对前端设计很重要:
图 6-4/6-5. 输入偏移电流与输入阻抗随增益变化
- 高输入阻抗意味着 ADC 从传感器汲取的电流极小,不会显著改变被测信号;
- 低增益时输入阻抗较低,前端源阻抗要匹配,否则增益误差和线性度会变差。
🔑 其他关键指标速查
- THD(总谐波失真):–100dB,说明对正弦信号的谐波抑制很好;
- CMRR(共模抑制比):对电源/温度变化不敏感;
- 通道串扰:–120dB,两路之间几乎不互相干扰;
- 功耗:HR 模式约 2.3mW(3V),LP/VLP 更低。
为什么 32 kSPS 的噪声比 4 kSPS 大?
数据速率越高,数字滤波器带宽越宽,允许更多噪声通过。低速率可以通过更长时间平均来降低噪声。
增益选得越大越好吗?
不是。增益越大,满量程范围越小,能测的小信号也越小,但动态范围会下降。应该根据实际传感器输出幅值选「够用」的增益。
高输入阻抗对传感器有什么好处?
ADC 汲取的电流小,不会显著拉低被测信号电压,特别适合高阻抗传感器或分压器前端。