ADS1230 是一種 20 位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),專門設(shè)計(jì)用于高分辨率、低噪聲的測(cè)量系統(tǒng),如電子稱重、壓力測(cè)量和溫度傳感等場(chǎng)景。它是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的產(chǎn)品,集成了許多適合低功耗、高精度應(yīng)用的功能。ADS1230 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為工業(yè)、醫(yī)療和其他精密測(cè)量系統(tǒng)提供一種簡(jiǎn)便、成本效益高且高性能的解決方案。
一、常見(jiàn)型號(hào)
ADS1230 有一些變體和相似型號(hào),它們根據(jù)不同的應(yīng)用需求和性能要求進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整。以下是幾種常見(jiàn)型號(hào):
ADS1230IPWR:這是最常見(jiàn)的版本,工作電壓范圍為 2.7V 至 5.3V,封裝為 TSSOP-16,適合多數(shù)常見(jiàn)的高精度應(yīng)用場(chǎng)景。
ADS1230IDGST:該型號(hào)具有更高的溫度工作范圍,適合需要在高溫或低溫條件下工作的設(shè)備,封裝為 MSOP-10。
ADS1231:與 ADS1230 類似的變體,具有相同的 20 位精度,但增加了一些專門針對(duì)電子稱重和壓力傳感應(yīng)用的功能。
ADS1220:雖然 ADS1220 是 24 位 ADC,但它與 ADS1230 有著類似的架構(gòu),并且可以提供更高的精度,適合對(duì)分辨率要求更高的應(yīng)用。
二、技術(shù)參數(shù)
ADS1230 擁有一系列先進(jìn)的技術(shù)參數(shù),使其成為高精度測(cè)量的理想選擇。以下是其主要技術(shù)參數(shù):
分辨率:20 位分辨率。這意味著 ADS1230 能夠非常精確地捕捉輸入信號(hào),并能夠區(qū)分非常微小的電壓變化。
輸入類型:差分輸入和單端輸入。支持兩個(gè)差分輸入通道,適合連接應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器等。
最大采樣率:80 SPS(Samples Per Second)。這個(gè)采樣率適合大多數(shù)低速測(cè)量應(yīng)用,如電子稱重。
電源電壓范圍:2.7V 至 5.3V。低電壓工作范圍使其適合低功耗設(shè)計(jì)。
輸入電壓范圍:0V 至 5V(單端模式),或者 -2.5V 至 +2.5V(差分模式)。
噪聲性能:在低噪聲模式下,輸入噪聲可以低至幾微伏,非常適合要求高穩(wěn)定性的測(cè)量。
工作溫度范圍:-40°C 至 85°C。寬溫度范圍確保其能夠在惡劣環(huán)境下工作。
三、工作原理
ADS1230 的工作原理基于一個(gè)高精度 Σ-Δ(Sigma-Delta)調(diào)制器,它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。Σ-Δ 調(diào)制器是目前常用于高精度 ADC 的架構(gòu),因?yàn)樗軌蛲ㄟ^(guò)超采樣和噪聲整形技術(shù)極大地提升信號(hào)的精度并降低噪聲。
以下是 ADS1230 的核心工作原理:
模擬信號(hào)輸入:傳感器(例如應(yīng)變計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器等)提供的模擬信號(hào)接入到 ADS1230 的輸入引腳。這個(gè)信號(hào)通常是微弱的電壓信號(hào),ADS1230 能夠通過(guò)內(nèi)部的增益設(shè)置放大這個(gè)信號(hào)。
Σ-Δ 調(diào)制:輸入信號(hào)通過(guò) Σ-Δ 調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制,這個(gè)調(diào)制器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻脈沖信號(hào)。
數(shù)字濾波器:Σ-Δ 調(diào)制器輸出的脈沖信號(hào)通過(guò)內(nèi)部的數(shù)字濾波器進(jìn)行處理,濾除高頻噪聲,保留低頻有效信號(hào)。通過(guò)這一過(guò)程,系統(tǒng)能夠從原始信號(hào)中提取精確的數(shù)據(jù)信號(hào)。
輸出數(shù)據(jù):經(jīng)過(guò)濾波后,信號(hào)被轉(zhuǎn)換為 20 位的數(shù)字信號(hào),并通過(guò) SPI(串行外設(shè)接口)或其它數(shù)字接口傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。
Σ-Δ 調(diào)制器的主要優(yōu)勢(shì)是它能夠?qū)⒃肼暋巴扑汀钡礁哳l范圍,在低頻信號(hào)中保持很高的精度。結(jié)合內(nèi)部的增益放大器和精確的時(shí)鐘信號(hào),ADS1230 能夠在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供極其穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。
四、主要特點(diǎn)
高分辨率:作為 20 位 ADC,ADS1230 提供了超高的分辨率,這使其非常適合需要精確測(cè)量微小電壓變化的應(yīng)用,例如電子稱重系統(tǒng)。
低噪聲:ADS1230 的設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮了低噪聲性能,特別適合需要穩(wěn)定、準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的環(huán)境。即使在噪聲較大的環(huán)境下,該芯片也能提供可靠的測(cè)量結(jié)果。
內(nèi)置增益:內(nèi)部集成了 64 倍的可編程增益放大器(PGA),這對(duì)于微弱信號(hào)的放大處理非常有用。
低功耗:由于其低功耗設(shè)計(jì),ADS1230 非常適合電池供電的設(shè)備或需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的低功耗應(yīng)用。
簡(jiǎn)單接口:通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的 SPI 接口傳輸數(shù)據(jù),方便與主控設(shè)備(如 MCU)集成。
自校準(zhǔn)功能:ADS1230 具備自校準(zhǔn)功能,可以自動(dòng)調(diào)整其內(nèi)部偏移和增益誤差,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度。
寬輸入范圍:ADS1230 的輸入支持寬范圍的電壓信號(hào),無(wú)論是差分信號(hào)還是單端信號(hào),均能適應(yīng)多種傳感器類型。
五、作用和應(yīng)用
1. 電子稱重系統(tǒng)
ADS1230 最常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是電子稱重系統(tǒng)。由于其高精度和低噪聲特性,它可以直接與應(yīng)變計(jì)連接并進(jìn)行重量測(cè)量。傳統(tǒng)的電子稱重系統(tǒng)通常需要高分辨率和低噪聲的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)確保測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,而 ADS1230 則完全滿足這些需求。
2. 壓力傳感系統(tǒng)
在壓力傳感應(yīng)用中,尤其是需要高精度壓力測(cè)量的場(chǎng)景,ADS1230 提供了理想的解決方案。壓力傳感器通常輸出非常微弱的信號(hào),需要高增益和低噪聲的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)處理。ADS1230 的內(nèi)置增益放大器和出色的噪聲抑制能力,使其能夠準(zhǔn)確地捕捉和轉(zhuǎn)換壓力傳感器的輸出信號(hào)。
3. 溫度測(cè)量
ADS1230 也可用于高精度溫度測(cè)量應(yīng)用。例如,在工業(yè)領(lǐng)域,精確的溫度控制和監(jiān)測(cè)是確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。ADS1230 能夠與熱電偶或其他溫度傳感器配合使用,提供高精度的溫度數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
作為一款高分辨率 ADC,ADS1230 適合用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可能涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化或科學(xué)研究領(lǐng)域。它的低功耗特性使其非常適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
5. 醫(yī)療設(shè)備
在醫(yī)療設(shè)備中,例如血壓計(jì)、電子體重秤等,ADS1230 可以提供精確的生理數(shù)據(jù)測(cè)量。這類設(shè)備通常需要非常高的測(cè)量精度,而 ADS1230 的 20 位分辨率和低噪聲特性使其成為理想的選擇。
六、低噪聲、高分辨率信號(hào)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景
ADS1230 是一款性能卓越的 20 位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器,適用于需要低噪聲、高分辨率信號(hào)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景。其內(nèi)置的增益放大器、Σ-Δ 調(diào)制器以及數(shù)字濾波器,使其能夠處理微弱的信號(hào)并提供極為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。該芯片廣泛應(yīng)用于電子稱重系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。
其主要特點(diǎn)包括高分辨率、低噪聲、低功耗、簡(jiǎn)單接口設(shè)計(jì)和自校準(zhǔn)功能,使得 ADS1230 成為各類精密測(cè)量設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分。隨著技術(shù)的發(fā)展,類似 ADS1230 的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器在各種領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。