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具有内部基准、振荡器和可编程比较器且兼容I2C的ADS101x超小型低功耗3.3kSPS12位ADC1特性1•超小型X2QFN封装：2mm×1.5mm×0.4mm•12位无噪声分辨率•宽电源电压：2.0V至5.5V•低流耗：150μA（连续转换模式）•可编程数据速率：128SPS至3.3kSPS•单周期稳定•内部低漂移电压基准•内部振荡器•I2C接口：四个可通过引脚选择的地址•四个单端输入或两个差分输入(ADS1015)•可编程比较器（ADS1014和ADS1015）•工作温度范围：-40°C至+125°C2应用•便携式仪表•电池电压和电流监控•温度测量系统•消费类电子产品•工厂自动化和过程控制3说明ADS1013、ADS1014和ADS1015器件(ADS101x)是兼容I2C的12位高精度低功耗模数转换器(ADC)，采用超小型无引线X2QFN-10封装和VSSOP-10封装。ADS101x器件采用了低漂移电压基准和振荡器。ADS1014和ADS1015还采用可编程增益放大器(PGA)和数字比较器。这些特性以及较宽的工作电源电压范围使得ADS101x非常合适功率受限和空间受限的传感器测量应用。ADS101x可在数据速率高达每秒3300个样本(SPS)的情况下执行转换。PGA可提供从±256mV到±6.144V的输入范围，从而实现精准的大小信号测量。ADS1015采用一个输入多路复用器(MUX)，可实现两次差动输入测量或四次单端输入测量。在ADS1014和ADS1015中可使用数字比较器进行欠压和过压检测。ADS101x既可工作于连续转换模式下，也可工作于单冲模式下。在单冲模式下，这些器件可在一次转换后自动断电；因此显著降低了空闲期间的功耗。8详细描述8.1概述ADS101x是非常小的，低功耗，无噪声，12位，delta-sigma(ΔΣ)模拟-数字转换器(ADCs)。ADS101x包含一个带有内部电压基准，一个时钟晶振，一个I2C接口的ΔΣADC内核。图7，图8，图9分别描述了ADS1015，ADS1014和ADS1013的原理框图。8.2原理框图图7.ADS1015原理框图图8.ADS1014原理框图图9.ADS1013原理框图8.3特性描述8.3.1多路复用器ADS1015含有一个输入多路复用器（MUX），如图10。可以测量四个单端或两个差分信号。此外，AIN0andAIN1可以和AIN3进行差分测量。配置多路复用器在配置寄存器的MUX[2:0]。当测量单端信号时，ADC的负输入通过多路复用器内的开关内部连接到GND。ADS1013和ADS1014没有输入多路复用器，可以测量任意一个差分信号或者单端信号。对于单端信号测量，将AIN1引脚从外部连接到GND。在本数据表后续章节中，对于ADS1013和ADS1014,AINP指AIN0,AINN指AIN1。静电放电(ESD)二极管连接到VDD和GND保护ADS101x模拟输入。将任意输入的绝对电压保持在公式1所示的范围内，以防止ESD二极管打开。GND–0.3VV(AINX)VDD+0.3V(1)如果输入管脚上的电压可能违反这些条件，使用外部肖特基二极管和串联电阻将输入电流限制在安全值(见绝对最大额定值表)。8.3.2模拟输入ADS101x采用一个开关电容，在输入级阶段电容连续充电后放电，测量AINP与AINN之间的电压。输入信号采样的频率称为采样频率或调制器频率(fMOD)。ADS101x有一个1-MHz的内部振荡器，再除以4，产生250kHz.的fMOD。在这个输入阶段使用的电容很小，对于外部电路，平均负载呈现电阻性。图11显示了这个结构。电容值设置电阻和开关速率。图12显示了图11中开关的时间。在采样阶段，开关S1关闭。这就让CA1到V(AINP)，CA2到V(AINN)，CB到(V(AINP)-V(AINN))。在放电阶段，S1首先被打开，然后S2被关闭。然后CA1和CA2放电到大约0.7V,CB放电到0V。这种充电会从驱动ADS101x模拟输入的电源中提取非常小的瞬态电流。这个电流的平均值可以用来计算有效阻抗(Zeff)，其中Zeff=VIN/IAVERAGE。图11.简化模拟输入电路图12.S1和S2开关时间共模输入阻抗是通过应用对短路的AINP和AINN输入共模信号并测量每个引脚消耗的平均电流来测量的。共模输入阻抗的变化取决于量程范围，但是默认的量程范围大约为6MΩ。在图11中共模输入阻抗为Zcm。差分输入阻抗是通过对一个输入保持在0.7V的AINP和AINN输入应用一个差分信号来测量的。通过连接到0.7V的引脚的电流是差分电流，并且随着量程的变化而变化。在图11中，差分输入阻抗为ZDIFF。确保考虑到输入阻抗的典型值。除非输入源具有低阻抗,ADS101x输入阻抗可能会影响测量精度。对于高输出阻抗的来源,缓冲可能是必要的。主动缓冲器会产生噪声，也会产生偏移和增益误差。在高精度应用中要考虑所有这些因素。时钟振荡器有少许温漂，因此，输入阻抗也会漂移。对于绝大多数应用，这种输入阻抗漂移是微不足道，可以忽略的。8.3.3满量程范围（FSR）和LSB大小一个可编程增益放大器(PGA)在ADS1014和ADS1015的ΔΣADC之前应用。配置满量程范围在配置寄存器的PGA[2:0]位，并且可以设置为±6.144V,±4.096V,±2.048V,±1.024V,±0.512V,±0.256V。表1显示了FSR和相应的LSB大小。公式2显示了如何从选取的满量程范围内计算LSB大小。LSB=FSR/212(2)表1.满量程和相应的LSB尺寸（1）这个参数表示ADC缩放大小的的满量程范围。ADS1013的FSR固定为±2.048V。模拟输入电压决不能超过绝对最大额定值中给定的模拟输入电压限制。如果使用VDD电源电压大于4V，±6.144V的量程范围允许输入电压升高至电源。尽管在这种情况下（或者当电源电压小于满量程时，就无法得到满量程值的ADC输出代码。例如VDD=3.3V和FSR=±4.096V,只有到VIN=±3.3V的信号可以测量。本例中不使用表示电压|VIN|3.3V的代码范围。8.3.4基准电压ADS101x有一个内部基准电压。这些设备不能使用外部参考。与初始电压基准精度和温漂参考的相关误差包含在电气特性表的增益误差和增益漂移技术参数中。8.3.5振荡器ADS101x有一个内部振荡器，运行在1MHz。没有外部时钟可以用来操作这些设备。内部振荡器随温度和时间漂移。输出数据速率与振荡器频率成比例地缩放。8.3.6输出数据速率和转换时间ADS101x提供可编程的输出数据速率。使用配置寄存器中的DR[2:0]位选择128SPS、250SPS、490SPS、920SPS、1600SPS、2400SPS或3300SPS的数据输出速率。ADS101x的转化率在一个周期内稳定下来;因此，转换时间等于1/DR。8.3.7数字比较器(仅适用于ADS1014和ADS1015)ADS1015和ADS1014具有一个可编程的数字比较器，可以在ALERT/RDY引脚上发出警报。配置寄存器中的COMP_MODE位将比较器配置为传统比较器或窗口比较器。在传统比较器模式下，当转换数据超过高阈值寄存器(Hithresh)中设置的限制时，ALERT/RDY引脚发出报警（asserts）(默认为activelow)。只有当转换数据低于低阈值寄存器(Lothresh)中设置的限制时，比较器才会取消报警（deasserts）。在窗口比较器模式下，当转换数据超过Hithresh寄存器或低于Lothresh寄存器值时，ALERT/RDY引脚发出报警。在窗口或传统的比较器模式下，可以在配置寄存器中的COMP_LAT位将比较器配置为报警后进行锁存。即使输入信号没有超出阈值寄存器的界限，该设置也会使报警保持不变。这个锁住的报警只能通过发出SMBus警报响应或读取转换寄存器来清除。ALERT/RDY引脚可以通过配置寄存器中的COMP_POL位配置为逻辑高（activehigh）或逻辑低（activelow）。这两种比较器模式的操作图如图13所示。还可以将比较器配置为在连续读取的设置数量超过阈值寄存器中设置的阈值(Hithresh和Lothresh)之后才激活ALERT/RDY引脚。配置寄存器中的COMP_QUE[1:0]位将比较器配置为在激活ALERT/RDY引脚之前等待超过阈值的一个、两个或四个读数。COMP_QUE[1:0]位还可以禁用比较器功能，并将ALERT/RDY引脚置为高电平状态。8.3.8转换就绪引脚(仅适用于ADS1014和ADS1015)ALERT/RDY引脚也可以配置为转换就绪引脚。将Hi_thresh寄存器的最高有效位设置为1，将Lo_thresh寄存器的最高有效位设置为0，以使能这个引脚成为转换就绪引脚。COMP_POL位按预期继续发挥作用。将COMP_QUE[1:0]位设置为除11之外的任何2位值，以保持ALERT/RDY引脚处于使能状态，并允许转换就绪信号出现在ALERT/RDY引脚输出中。COMP_MODE和COMP_LAT位不再控制任何功能。当配置为转换就绪引脚时，ALERT/RDY引脚需要一个上拉电阻。连续转化模式中，在每次转换结束之后ADS101x的ALERT/RDY引脚提供一个大约8-μs转换就绪脉冲，如图14所示。在单次转换模式下，如果COMP_POL位被设置为0，那么ALERT/RDY引脚在转换结束时将保持低位。图13.报警引脚时序图图13.连续转换模式下的转换就绪脉冲8.3.9SMbus警报响应在锁定比较器模式下(COMP_LAT=1)，当比较器检测到一个超过上下限阈值的转换数据时，ALERT/RDY引脚发出警报。这个报警是锁定的，只能通过读取转换数据或通过成功发出SMBus警报响应并读取报警设备的I2C地址来清除。如果转换数据在清除后超过上限或下限阈值，则ALERT/RDY引脚重新警报。此报警不影响已经在进行中的转换。ALERT/RDY引脚是一个开漏输出。这种架构允许多个设备共享同一个接口总线。当禁用时，引脚保持高电平状态，这样引脚就不会干扰同一总线上的其他设备。当主机感知到ALERT/RDY引脚已经锁定时，主机向I2C总线发出SMBus警报命令(00011001)。I2C总线上任何带有ALERT/RDY引脚的ADS1014和ADS1015数据转换器都可以使用从机地址响应该命令。如果I2C总线上有多个ADS101x报警锁住ALERT/RDY引脚，那么SMBus警报的地址响应部分中的仲裁将确定哪个设备清除报警。然后，主机重复SMBus警报响应，直到所有设备都清除了各自的报警。在窗口比较器模式下，SMBus警报状态位表示如果信号超过高阈值为1，如果信号超过低阈值为0。8.4设备功能模式8.4.1复位和开机ADS101x在开机时重置，并将配置寄存器中的所有位设置为相应的默认设置。ADS101x在复位过程完成后进入休眠状态。设备接口和数字块处于活动状态，但不执行数据转换。ADS101x的初始休眠状态可以缓解系统在通电过程中由于紧张的电源供应要求从而遇到浪涌的情况。ADS101x响应I2C全呼复位命令。当ADS101x接收到一个全呼复位命令(06h)时，将执行内部复位，就像设备上电一样。8.4.2操作模式ADS101x的工作模式有两种:连续转换模式（continuous-conversion）或单次转换模式（single-shot）。配置寄存器中的MODE位选择各自的操作模式。8.4.2.1单次转换模式（Single-ShotMode）当配置寄存器中的MODE位设置为1时，ADS101x进入休眠状态，并操作于单次转换模式。此休眠状态是首次电源上电时ADS101x的默认状态。虽然休眠了，但是这些设备仍然可以响应命令。ADS101x一直处于休眠状态，直到配置寄存器中的操作状态(OS)位写入1。当OS位报警（asserted），设备大约在25μs上电重置OS位到0,并开始一