ADS1115 數據手冊詳細介紹

一、概述

ADS1115 是一款由德州儀器 (Texas Instruments, TI) 提供的高精度模數轉換器 (ADC)，具有 I2C 接口，適用于多種低功耗、高精度的測量應用。ADS1115 的分辨率為 16 位，能夠提供 860S/s 的數據采樣率，并且支持可編程增益放大器 (PGA)，使其能夠精確測量從微伏到電壓的信號。由于其低功耗、高性能和豐富的功能，ADS1115 被廣泛應用于傳感器數據采集、工業控制、便攜式設備、嵌入式系統等場景。

二、功能特點

1. 高分辨率： ADS1115 提供 16 位的模數轉換分辨率，能夠精確地將模擬信號轉換為數字信號。這使得其能夠滿足高精度測量的需求。

2. 低功耗： 采用低功耗設計，適合于需要延長電池使用壽命的便攜設備。在正常工作模式下，ADS1115 的功耗非常低。

3. 可編程增益放大器： 該 ADC 內置了 4 級增益，最大增益為 16，這使得其能夠處理從微伏到較大電壓的輸入信號。增益設置靈活，可以根據不同的應用需求調節。

4. 差分輸入支持： ADS1115 可以以差分模式工作，這使得其在有共模干擾的環境中依然能夠準確地進行測量。

5. 高采樣率： ADS1115 支持最高 860S/s 的數據采樣率，適用于需要較快響應速度的應用。

6. I2C 接口： 通過 I2C 接口進行通信，便于與多種微控制器（如 STM32、Arduino 等）進行連接，且易于集成到各種嵌入式系統中。

7. 集成化設計： 內置增益放大器、模擬前端以及模數轉換電路，減少了外部元件數量，從而降低了系統的復雜性和成本。

8. 內建溫度傳感器： ADS1115 配備了內建的溫度傳感器，可以進行溫度監測，適合需要溫度反饋的應用場景。

9. 可編程轉換速率： 用戶可以配置數據轉換速率，從而在功耗與采樣精度之間做出權衡。

10. 差分模式與單端模式選擇： 通過靈活的輸入模式設置，ADS1115 支持多種測量方式，如單端輸入模式和差分輸入模式，適應各種信號源。

三、主要技術參數

1. 輸入電壓范圍： ADS1115 可以測量從 0V 到 VDD 電壓范圍內的信號。增益設置的不同，輸入信號范圍也會相應改變。常見的增益設置如下：

• 無增益 (PGA = 1): 輸入信號范圍為 ±4.096V

• 增益 2 (PGA = 2): 輸入信號范圍為 ±2.048V

• 增益 4 (PGA = 4): 輸入信號范圍為 ±1.024V

• 增益 8 (PGA = 8): 輸入信號范圍為 ±0.512V

• 增益 16 (PGA = 16): 輸入信號范圍為 ±0.256V

2. 分辨率與精度： 16 位分辨率意味著 ADS1115 能夠將輸入電壓精確到 0.0001V 的級別，這對于高精度的傳感器測量至關重要。

3. 采樣速率： ADS1115 支持從 8S/s 到 860S/s 的可調采樣速率。選擇較低的采樣速率可以進一步降低功耗，而較高的采樣速率則可以提供更快的響應時間。

4. 工作電壓： ADS1115 工作電壓范圍為 2.0V 至 5.5V，適用于不同電源電壓的系統。

5. 接口： 該 ADC 使用 I2C 接口進行數據通信，I2C 地址可由用戶配置，支持最多四個 ADS1115 設備同時工作在同一個 I2C 總線上。

6. 功耗： 在正常工作模式下，功耗非常低，通常為 150μA (在采樣速率為 860S/s 時)，在待機模式下功耗更低，適合長時間運行的設備。

四、工作原理

ADS1115 是通過對模擬輸入信號進行逐次逼近比較（SAR）方式的模數轉換來實現信號的數字化。具體來說，其工作過程包括以下幾個步驟：

1. 輸入信號采樣： 當輸入信號接入 ADC 時，ADS1115 會首先對輸入的模擬信號進行采樣。根據選擇的增益值，模擬信號會經過內置的增益放大器進行放大。

2. 模擬信號轉換： 模擬信號經過放大后，進入 SAR 模數轉換器。SAR 模數轉換器通過一系列的比較過程將模擬信號轉換為數字信號。

3. 數字化輸出： 轉換完成后，數字信號會通過 I2C 接口輸出，傳輸給連接的微控制器或處理器。

4. 采樣率與分辨率控制： 用戶可以通過 I2C 配置寄存器來調整 ADC 的采樣率與分辨率，滿足不同應用的需求。

5. 結果輸出與校準： 在數據轉換完成后，ADS1115 會將結果存儲在數據寄存器中，用戶通過 I2C 讀取這些數據，并進行進一步的處理。

五、應用領域

1. 傳感器接口： 由于其高分辨率和高精度，ADS1115 在傳感器數據采集系統中得到了廣泛應用。例如，在溫度傳感器、壓力傳感器、光照傳感器等應用中，ADS1115 可以用于高精度的模擬信號轉換。

2. 工業控制： ADS1115 也可以用于工業控制系統中，例如用于測量傳感器輸出的電壓信號。通過精確的模擬信號采樣，ADS1115 可以幫助實現精密控制。

3. 便攜式設備： 低功耗特性使得 ADS1115 特別適合于便攜式設備，尤其是需要低功耗并且長時間運行的嵌入式系統。

4. 音頻信號采集： ADS1115 能夠處理較低電平的信號，因此在音頻信號的采集系統中也有應用。例如，它可以用于聲音傳感器或音頻放大器的信號處理。

5. 醫療設備： ADS1115 在醫療設備中也得到了應用，尤其是那些需要高精度電壓測量的設備。例如，它可以用于心電圖（ECG）設備的信號采集，幫助醫生監控病人的生命體征。

6. 數據采集與實驗室儀器： ADS1115 的高精度和高分辨率使其成為實驗室儀器和數據采集系統的理想選擇。無論是在模擬信號的測試、分析，還是在高精度測量方面，它都能提供穩定的性能。

六、使用注意事項

1. 電源噪聲： 為了確保測量的精度，ADS1115 的電源應該盡量保持穩定，避免電源噪聲對轉換結果產生影響。可以通過增加濾波電容來降低噪聲。

2. 增益設置： 增益的選擇應根據輸入信號的范圍來設置。過高的增益可能會導致輸入信號超出 ADC 的輸入范圍，而過低的增益則可能導致精度的降低。

3. I2C 總線配置： ADS1115 使用 I2C 總線進行通信，用戶在設計時應注意 I2C 地址的沖突問題。如果多個設備使用相同的地址，通信將無法正常進行。可以通過配置寄存器修改地址，避免沖突。

4. 溫度影響： 雖然 ADS1115 具有內建溫度傳感器，但溫度變化仍然可能影響其性能。使用時，最好根據溫度變化進行校準，以提高測量精度。

5. 輸入信號保護： 由于 ADS1115 的輸入端口非常敏感，應注意避免過高的輸入電壓。如果輸入信號可能會超出設備的耐受范圍，應采取適當的保護措施，如使用限壓二極管或保護電路。