本节把框图拆开,按信号流向讲解每个模块的作用。读完你会明白:为什么 ADC 前面要加 PGA、为什么 Δ-Σ 后面要跟数字滤波器、为什么相位校准和增益校准能做在芯片里。

🛡️ 输入 ESD 保护

模拟输入引脚内部有 ESD 二极管,用于保护芯片免受静电和过压冲击。注意:负压保护不是靠对 AGND 的肖特基二极管,而是靠反向击穿二极管,因为 ADS131M02 支持输入信号低于地电位。

图 8-1. 输入 ESD 保护电路 图 8-1. 输入 ESD 保护电路

注意

ESD 二极管只能吸收静电脉冲,不能替代外部 TVS/限流电阻。长期过压仍会损坏芯片。

🎚️ 输入多路复用器(MUX)

每个通道前都有一个 MUX,可以通过 CHn_CFG 寄存器的 MUXn[1:0] 位选择输入源:

  • 00:外部模拟输入 AINxP/N(正常工作);
  • 01:AGND(用于偏移校准);
  • 10/11:内部正/负 DC 测试信号(用于诊断和校准)。

图 8-2. 输入多路复用器 图 8-2. 输入多路复用器

MUX 让同一套硬件既能测外部信号,也能做自检和校准,非常实用。

🔊 可编程增益放大器(PGA)

PGA 提供 1、2、4、8、16、32、64、128 共 8 档增益。满量程输入电压:

FSR = ±1.2 V / Gain

例如增益=1 时输入范围 ±1.2V;增益=128 时只有 ±9.375mV。小信号用大增益,大信号用小增益,防止削顶。

⚡ Δ-Σ 调制器

这是 ADC 的心脏。输入模拟电压先被过采样(采样率远高于目标数据率),再量化成 1 位高速位流。调制器会把量化噪声「推」到高频,而低频(有用信号频段)的噪声被压低。后面跟的数字滤波器再把高频噪声滤掉。

一句话

Δ-Σ 的核心思想:用速度换精度。采样越快,越容易通过数字滤波把噪声压低。

🎛️ 电压基准与时钟

  • 1.2V 内部基准:低漂移、快速启动,直接决定满量程和精度;
  • CLKIN:外部 LVCMOS 时钟,所有内部时序都源自它;fMOD = fCLKIN / 2;
  • 功耗模式:HR/LP/VLP 通过改变内部偏置电流来权衡噪声与功耗。