德州儀器ADS1220IPWR模數轉換器（ADC）中文資料

一、型號與類型

ADS1220IPWR是德州儀器（TI）生產的一款精密24位模數轉換器（ADC）。該型號屬于TI的ADS系列，專為高精度、低功耗的傳感器信號測量應用設計。ADS1220IPWR結合了多種高級功能，如可編程增益放大器（PGA）、電壓基準、激勵電流源和溫度傳感器等，以滿足復雜的工業測量需求。

廠商名稱：TI德州儀器

元件分類：模數轉換器ADC

中文描述： 具有 PGA、VREF、SPI 和兩個 IDAC 的 24 位 2kSPS 四通道低功耗 Δ-Σ ADC

英文描述： 24-bit,2-kSPS,4-ch,low-power,small-size delta-sigma ADC w/PGA,VREF,2x IDACs&SPI interface

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ADS1220IPWR概述

ADS1220是一款精密24位模數轉換器(ADC)，所集成的多種特性能夠降低系統成本并減少小型傳感器信號測量應用中的組件數量。該器件具有通過輸入多路復用器(MUX)實現的兩個差分輸入或四個單端輸入，一個低噪聲可編程增益放大器(PGA)，兩個可編程激勵電流源，一個電壓基準，一個振蕩器，一個低側開關和一個精密溫度傳感器。

此器件能夠以高達2000次/秒(SPS)采樣數據速率執行轉換，并且能夠在單周期內穩定。針對噪聲環境中的工業應用，當采樣頻率為20SPS時，數字濾波器可同時提供50Hz和60Hz抑制。內部PGA提供高達128V/V的增益。此PGA使得ADS1220非常適用于小型傳感器信號測量應用，例如電阻式溫度檢測器(RTD)、熱電偶、熱敏電阻和阻性橋式傳感器。該器件在使用PGA時支持測量偽差分或全差分信號。此外，該器件還可配置為禁用內部PGA，同時仍提供高輸入阻抗和高達4V/V的增益，從而實現單端測量。

在禁用PGA后的占空比模式下運行功耗可低至120?A。ADS1220IPWR采用TSSOP-16封裝，額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C。

ADS1220IPWR中文參數

制造商:Texas Instruments

產品種類:模數轉換器ADC

系列:ADS1220

安裝風格:SMD/SMT

封裝/箱體:TSSOP-16

分辨率:24 bit

通道數量:4 Channel

接口類型:SPI

采樣比:2 kS/s

輸入類型:Differential/Single-Ended

結構:Sigma-Delta

模擬電源電壓:2.3 V to 5.5 V

數字電源電壓:2.3 V to 5.5 V

最小工作溫度:-40 C

最大工作溫度:+125 C

特點:50/60 Hz Rejection,Excitation Current Sources(iDACs),Oscillator,PGA,Temp Sensor

INL-積分非線性:0.0015%FSR

濕度敏感性:Yes

工作電源電壓:2.3 V to 5.5 V

Pd-功率耗散:1.4 mW

功耗:1.4 mW

產品類型:ADCs-Analog to Digital Converters

參考類型:External,Internal,Supply

參考電壓:2.5 V

ADS1220IPWR引腳圖

二、工作原理

ADS1220IPWR采用Sigma-Delta（Σ-Δ）調制技術，這是一種高精度的模數轉換方法，特別適用于低噪聲、高分辨率的應用場景。Σ-Δ調制器通過連續比較模擬輸入信號與內部反饋信號的差值，并將該差值進行積分，然后量化輸出。通過高頻開關和過采樣技術，Σ-Δ調制器能夠抑制低頻噪聲，提高轉換精度。

在ADS1220IPWR中，模擬輸入信號首先經過可編程增益放大器（PGA）進行放大，以適應不同的信號范圍。然后，放大后的信號被送入Σ-Δ調制器進行轉換。調制器的輸出是一個高頻的數字信號，該信號隨后通過數字濾波器進行降采樣和噪聲抑制，最終得到高精度的24位數字輸出。

三、特點

1. 高精度：ADS1220IPWR提供高達24位的有效分辨率，能夠滿足高精度測量應用的需求。

2. 低功耗：在占空比模式下，該器件的功耗可低至120μA，非常適合便攜式或電池供電的設備。

3. 可編程增益：內部集成的PGA提供1V/V至128V/V的可編程增益，便于匹配不同的傳感器輸出范圍。

4. 多種輸入模式：支持兩個差分輸入或四個單端輸入，靈活適應不同的傳感器接口需求。

5. 集成度高：集成了電壓基準、激勵電流源、溫度傳感器等多種功能，降低了系統成本并減少了組件數量。

6. 抗噪聲能力強：在采樣頻率為20SPS時，數字濾波器可同時提供50Hz和60Hz的諧波抑制，適用于噪聲環境中的工業應用。

7. 寬電源電壓范圍：支持2.3V至5.5V的電源電壓，提高了設計的靈活性。

四、應用

ADS1220IPWR因其高精度和低功耗的特點，廣泛應用于各種需要高精度測量的傳感器信號轉換場景。具體包括：

1. 溫度傳感器測量：適用于熱敏電阻、熱電偶和電阻式溫度檢測器（RTD）的測量，支持2線、3線或4線制類型，廣泛應用于工業自動化、過程控制等領域。

2. 電阻橋式傳感器測量：可用于壓力傳感器、應力計、衡器和便攜式儀表等設備的信號轉換，實現高精度的壓力、應力等物理量的測量。

3. 工業過程控制：在工廠自動化和過程控制系統中，ADS1220IPWR可用于監測和控制各種工藝參數，如溫度、壓力、流量等。

4. 環境監測：在環境監測領域，該器件可用于空氣質量監測、水質監測等應用中，對微小信號進行高精度的轉換和處理。

五、參數

1. 分辨率：24位

2. 通道數量：4通道（支持兩個差分輸入或四個單端輸入）

3. 接口類型：SPI（串行外設接口）

4. 采樣率：高達2000次/秒（SPS）

5. 電源電壓：模擬電源電壓和數字電源電壓均為2.3V至5.5V

6. 功耗：在占空比模式下低至120μA，典型功耗為1.4mW

7. 可編程增益：1V/V至128V/V

8. 溫度范圍：額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C

9. 封裝：采用無引線VQFN-16或薄型小外形尺寸（TSSOP）-16封裝，尺寸為3.5mm × 3.5mm × 0.9mm

10. 其他特性：集成2.048V基準電壓（漂移5ppm/°C），集成2%精準振蕩器，集成溫度傳感器（精度0.5°C），與SPI兼容的接口（模式1）

六、總結

德州儀器ADS1220IPWR模數轉換器是一款集高精度、低功耗、高集成度于一體的精密24位ADC。其采用Σ-Δ調制技術，提供高達24位的有效分辨率和靈活的輸入模式，支持可編程增益放大器和多種集成功能，非常適合于高精度傳感器信號測量和數據處理應用。

1. 高精度與低噪聲

ADS1220IPWR通過Σ-Δ調制技術和數字濾波器的結合，實現了低噪聲和高精度的轉換性能。這種轉換方法有效抑制了低頻噪聲和量化噪聲，使得在復雜環境或微弱信號測量中也能獲得準確的數據。此外，其內部集成的電壓基準和精確的振蕩器進一步提升了轉換的準確性和穩定性。

2. 靈活的增益配置

可編程增益放大器（PGA）是ADS1220IPWR的一大亮點。通過軟件編程，用戶可以輕松調整PGA的增益，以適應不同傳感器的輸出范圍。這種靈活性使得該ADC能夠廣泛應用于多種傳感器接口，無需額外添加外部放大器，降低了系統復雜性和成本。

3. 高效能耗管理

在便攜式或電池供電的應用中，功耗是一個關鍵因素。ADS1220IPWR通過占空比模式等低功耗設計，實現了在保持高精度的同時降低功耗。這使得該ADC成為延長設備續航時間、提升系統整體效能的理想選擇。

4. 易于集成與調試

ADS1220IPWR提供標準的SPI接口，便于與微控制器等數字處理單元進行通信。同時，其封裝尺寸小巧，便于在有限的空間內集成。此外，TI還提供了豐富的開發工具和文檔支持，包括數據手冊、應用筆記、評估板和軟件庫等，幫助用戶快速上手并進行系統調試。

5. 廣泛的應用場景

如前所述，ADS1220IPWR的高精度和低功耗特性使其適用于多種應用場景。除了工業自動化、過程控制、環境監測等領域外，它還可以應用于醫療設備、精密儀器、航空航天等領域中的高精度測量需求。在醫療設備中，它可以用于心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等生物電信號的采集；在精密儀器中，它可以用于光學測量、聲學測量等領域中的微弱信號檢測。

七、未來展望

隨著物聯網（IoT）、智能制造等技術的不斷發展，對高精度、低功耗的傳感器信號測量和處理的需求將越來越高。ADS1220IPWR作為一款性能卓越的精密24位ADC，將在這些領域發揮重要作用。未來，隨著技術的不斷進步和成本的進一步降低，ADS1220IPWR有望在更多領域得到廣泛應用和推廣。

綜上所述，德州儀器ADS1220IPWR模數轉換器憑借其高精度、低功耗、高集成度以及靈活的增益配置等特點，在傳感器信號測量和數據處理領域展現出了強大的競爭力和廣闊的應用前景。無論是工業自動化、過程控制還是醫療設備、精密儀器等領域，ADS1220IPWR都將成為實現高精度測量的重要工具。