ADS1230 是一種 20 位高精度模數轉換器(ADC),專門設計用于高分辨率、低噪聲的測量系統,如電子稱重、壓力測量和溫度傳感等場景。它是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的產品,集成了許多適合低功耗、高精度應用的功能。ADS1230 的設計目標是為工業、醫療和其他精密測量系統提供一種簡便、成本效益高且高性能的解決方案。
一、常見型號
ADS1230 有一些變體和相似型號,它們根據不同的應用需求和性能要求進行了優化和調整。以下是幾種常見型號:
ADS1230IPWR:這是最常見的版本,工作電壓范圍為 2.7V 至 5.3V,封裝為 TSSOP-16,適合多數常見的高精度應用場景。
ADS1230IDGST:該型號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電子稱重和壓力傳感應用的功能。
ADS1220:雖然 ADS1220 是 24 位 ADC,但它與 ADS1230 有著類似的架構,并且可以提供更高的精度,適合對分辨率要求更高的應用。
二、技術參數
ADS1230 擁有一系列先進的技術參數,使其成為高精度測量的理想選擇。以下是其主要技術參數:
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,并能夠區分非常微小的電壓變化。
輸入類型:差分輸入和單端輸入。支持兩個差分輸入通道,適合連接應變計、壓力傳感器等。
最大采樣率:80 SPS(Samples Per Second)。這個采樣率適合大多數低速測量應用,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計。
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,非常適合要求高穩定性的測量。
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境下工作。
三、工作原理
ADS1230 的工作原理基于一個高精度 Σ-Δ(Sigma-Delta)調制器,它將模擬信號轉換為數字信號。Σ-Δ 調制器是目前常用于高精度 ADC 的架構,因為它能夠通過超采樣和噪聲整形技術極大地提升信號的精度并降低噪聲。
以下是 ADS1230 的核心工作原理:
模擬信號輸入:傳感器(例如應變計、溫度傳感器、壓力傳感器等)提供的模擬信號接入到 ADS1230 的輸入引腳。這個信號通常是微弱的電壓信號,ADS1230 能夠通過內部的增益設置放大這個信號。
Σ-Δ 調制:輸入信號通過 Σ-Δ 調制器進行調制,這個調制器將模擬信號轉換為高頻脈沖信號。
數字濾波器:Σ-Δ 調制器輸出的脈沖信號通過內部的數字濾波器進行處理,濾除高頻噪聲,保留低頻有效信號。通過這一過程,系統能夠從原始信號中提取精確的數據信號。
輸出數據:經過濾波后,信號被轉換為 20 位的數字信號,并通過 SPI(串行外設接口)或其它數字接口傳輸到主控系統。
Σ-Δ 調制器的主要優勢是它能夠將噪聲“推送”到高頻范圍,在低頻信號中保持很高的精度。結合內部的增益放大器和精確的時鐘信號,ADS1230 能夠在寬動態范圍內提供極其穩定的測量結果。
四、主要特點
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量微小電壓變化的應用,例如電子稱重系統。
低噪聲:ADS1230 的設計優先考慮了低噪聲性能,特別適合需要穩定、準確數據的環境。即使在噪聲較大的環境下,該芯片也能提供可靠的測量結果。
內置增益:內部集成了 64 倍的可編程增益放大器(PGA),這對于微弱信號的放大處理非常有用。
低功耗:由于其低功耗設計,ADS1230 非常適合電池供電的設備或需要長時間運行的低功耗應用。
簡單接口:通過一個簡單的 SPI 接口傳輸數據,方便與主控設備(如 MCU)集成。
自校準功能:ADS1230 具備自校準功能,可以自動調整其內部偏移和增益誤差,進一步提高系統的精度。
寬輸入范圍:ADS1230 的輸入支持寬范圍的電壓信號,無論是差分信號還是單端信號,均能適應多種傳感器類型。
五、作用和應用
1. 電子稱重系統
ADS1230 最常見的應用領域之一就是電子稱重系統。由于其高精度和低噪聲特性,它可以直接與應變計連接并進行重量測量。傳統的電子稱重系統通常需要高分辨率和低噪聲的模數轉換器來確保測量的穩定性和準確性,而 ADS1230 則完全滿足這些需求。
2. 壓力傳感系統
在壓力傳感應用中,尤其是需要高精度壓力測量的場景,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,需要高增益和低噪聲的模數轉換器進行信號處理。ADS1230 的內置增益放大器和出色的噪聲抑制能力,使其能夠準確地捕捉和轉換壓力傳感器的輸出信號。
3. 溫度測量
ADS1230 也可用于高精度溫度測量應用。例如,在工業領域,精確的溫度控制和監測是確保設備穩定運行的關鍵。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據。
4. 數據采集系統
作為一款高分辨率 ADC,ADS1230 適合用于各種數據采集系統。這些系統可能涉及環境監測、工業自動化或科學研究領域。它的低功耗特性使其非常適合長時間運行的數據采集設備。
5. 醫療設備
在醫療設備中,例如血壓計、電子體重秤等,ADS1230 可以提供精確的生理數據測量。這類設備通常需要非常高的測量精度,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、高分辨率信號測量的應用場景
ADS1230 是一款性能卓越的 20 位高精度模數轉換器,適用于需要低噪聲、高分辨率信號測量的應用場景。其內置的增益放大器、Σ-Δ 調制器以及數字濾波器,使其能夠處理微弱的信號并提供極為準確的測量結果。該芯片廣泛應用于電子稱重系統、壓力測量系統、溫度測量設備和數據采集系統中。
其主要特點包括高分辨率、低噪聲、低功耗、簡單接口設計和自校準功能,使得 ADS1230 成為各類精密測量設備中的關鍵組成部分。隨著技術的發展,類似 ADS1230 的高精度模數轉換器在各種領域的應用會越來越廣泛。