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ADS1118
ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015
ADS1118具有内部基准和温度传感器的兼容SPI™的16位模数转换器
1特性
•1超小型X2QFN封装：2mm×1.5mm×0.4mm
•宽电源电压范围：2V至5.5V•低流耗：
–连续模式：只有150μA–单次模式：自动断电•可编程数据传输速率：8SPS至860SPS•单周期稳定•内部低漂移电压基准•内部温度传感器：0.5°C（最大值）误差：0°C至70°C•内部振荡器•内部可编程增益放大器(PGA)•四路单端或两个差分输入
2应用
•温度测量：–热电偶测量–冷结点补偿–热敏电阻测量
•便携式仪表•工厂自动化和过程控制
3说明
ADS1118是一款高精度的低功耗16位模数转换器(ADC)。
该器件采用超小型无引线X2QFN-10封装或超薄小外形尺寸VSSOP-10封装，具备测量最常见传感器信号所需的全部功能。
ADS1118集成了可编程增益放大器(PGA)、电压基准、振荡器和高精度温度传感器。
凭借这些功能以及2V至5.5V的宽电源电压范围，ADS1118非常适用于功率及空间受限型传感器测量应用。
ADS1118数据转换速率最高可达每秒860次采样(SPS)。
PGA的输入范围为±256mV至±6.144V，能够以高分辨率测量大信号和小信号。
该器件通过输入多路复用器(MUX)测量双路差分输入或四路单端输入。
高精度温度传感器用于系统级温度监控或对热电偶进行冷结点补偿。
ADS1118可选择以连续转换模式或单次模式运行。
该器件在单次模式下完成一次转换后自动断电。
在空闲状态下，单次模式会显著降低流耗。
所有数据均通过串行外设接口(SPI™)进行传输。
ADS1118的额定工作温度范围为-40°C至+125°
C。
器件型号ADS1118 器件信息
(1) 封装X2QFN(10)VSSOP(10) 封装尺寸（标称值）1.50mmx2.00mm3.00mmx3.00mm
(1)要了解所有可用封装，请见数据表末尾的可订购产品附录。
K型热电偶测量使用集成温度传感器进行冷结点补偿 3.3V 3.3V 0.1F AIN0AIN1 VDD VoltageReference ADS1118 3.3V Mux PGA AIN2AIN3 GND 16-bitûADC DigitalFilterand Interface Oscillator TemperatureSensor SCLKCSDOUT/DRDYDIN
1 AnIMPORTANTNOTICEattheendofthisdatasheetaddressesavailability,warranty,changes,useinsafety-criticalapplications, intellectualpropertymattersandotherimportantdisclaimers.PRODUCTIONDATA. EnglishDataSheet:SBAS457 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 目录 1特性..........................................................................12应用..........................................................................13说明..........................................................................14修订历史记录...........................................................25器件比较表...............................................................46引脚配置和功能........................................................47技术规格...................................................................5 7.1绝对最大额定值.........................................................57.2ESD额定值...............................................................57.3建议的工作条件.........................................................57.4热性能信息................................................................57.5电气特性....................................................................67.6时序要求：串行接口..................................................87.7开关特性：串行接口..................................................87.8典型特性....................................................................98参数测量信息.........................................................158.1噪声性能..................................................................159详细说明.................................................................169.1概要.........................................................................169.2功能框图..................................................................16 9.3特性描述..................................................................179.4器件功能模式...........................................................219.5编程.........................................................................229.6寄存器映射..............................................................2510应用和实施............................................................2710.1应用信息................................................................2710.2典型应用...............................................................3211电源相关建议.........................................................3511.1电源排序................................................................3511.2电源去耦................................................................3512布局布线................................................................3612.1布局布线指南.........................................................3612.2布局示例................................................................3713器件和文档支持.....................................................3813.1文档支持................................................................3813.2社区资源................................................................3813.3商标.......................................................................3813.4静电放电警告.........................................................3813.5术语表...................................................................3814机械、封装和可订购信息.......................................38 4修订历史记录 注：之前版本的页码可能与当前版本有所不同。
ChangesfromRevisionD(October2013)toRevisionE Page •已添加ESD额定值表，特性描述部分，噪声性能部分，器件功能模式部分，应用和实施部分，电源相关建议部分，布局部分，器件和文档支持部分，机械封装和可订购信息部分
1 •
2 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 ChangesfromRevisionC(February2013)toRevisionD Page •已删除
3 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 5器件比较表 器件 ADS1118ADS1018ADS1115ADS1114ADS1113ADS1015ADS1014ADS1013 分辨率（位） 16 12161616121212 最高采样率(SPS) 860 3300860860860330033003300 输入通道差分 （单端） 2
(4) 2(4)2(4)1(1)1(1)2(4)1(1)1
(1) PGA 有有有有无有有无 接口 串行外设接口(SPI)SPII2CI2CI2CI2CI2CI2C 特殊特性 温度传感器温度传感器 比较器比较器 无比较器比较器 无 6引脚配置和功能 RUG封装10引脚X2QFN 顶视图 DIN 10 SCLK1 9DOUT/DRDY CS2 8VDD GND3 7AIN3 AIN04 5AIN1 6AIN2 SCLK1CS2 GND3AIN04AIN15 DGS封装10引脚VSSOP 顶视图DIN AIN1 10DIN9DOUT/ DRDY8VDD7AIN36AIN2 引脚 编号 名称
1 SCLK
2 CS
3 GND
4 AIN0
5 AIN1
6 AIN2
7 AIN3
8 VDD
9 DOUT/DRDY 10 DIN 类型 数字输入
数字输入 电源模拟输入模拟输入模拟输入模拟输入 电源数字输出数字输入 引脚功能 说明 串行时钟输入片选；低电平有效。
如果不使用该引脚，则接GND引脚。
接地模拟输入
0。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
1。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
2。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
3。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
电源。
将一个100nF电源去耦电容与GND相连。
与数据就绪相结合的串行数据输出；低电平有效串行数据输入
4 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7技术规格 7.1绝对最大额定值 在工作环境温度范围内（除非另外注明）
(1) 电源电压模拟输入电压数字输入电压输入电流，连续 温度 VDD至GNDAIN0、AIN1、AIN2、AIN3DIN、DOUT/DRDY、SCLK、CS除电源引脚外的全部引脚结温，TJ储存，Tstg 最小值-0.3 GND–0.3GND–0.3 –10–40–60 最大值 单位 5.5
V VDD+0.3
V VDD+0.3
V 10 mA 150°C 150
(1)超出绝对最大额定值下列出的应力值可能会对器件造成永久损坏。
这些仅为在应力额定值下的工作情况，对于额定值下的器件的功能性操作以及在超出推荐的操作条件下的任何其它操作，在此并未说明。
在绝对最大额定值条件下长时间运行会影响器件可靠性。
7.2ESD额定值 V(ESD)静电放电 人体放电模式(HBM)，符合ANSI/ESDA/JEDECJS-001
(1)充电器件模式(CDM)，符合JEDEC规范JESD22-C101
(2)
(1)JEDEC文档JEP155规定：500VHBM能够在标准ESD控制流程下安全生产。
(2)JEDEC文档JEP157规定：250VCDM能够在标准ESD控制流程下安全生产。
值 单位 ±4000V ±1000 7.3建议的工作条件 在工作环境温度范围内（除非另外注明） 最小值 标称值 最大值 电源 VDD电源 模拟输入
(1) FSR 满量程输入电压范围
(2)中） V(AINx)绝对输入电压数字输入 输入电压 温度范围 TA 工作环境温度 VDD至GNDVIN=V(AINP)-V(AINN) 2GND请参见表3GND –40 5.5 VDDVDD125
(1)AINP和AINN表示选择的正负输入。
AINx表示提供的四个模拟输入之
一。
(2)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V或5.5V（二者中较小的电压）。
单位
V VV°
C 7.4热性能信息 热指标
(1) RθJARθ)RθJBψJTψJBRθJC(bot) 结至环境热阻结至外壳（顶部）热阻结至电路板热阻管结至顶部的特征参数管结至电路板的特征参数结至外壳（底部）热阻 ADS1118 DGS(VSSOP)RUG(X2QFN) 10引脚 10引脚 186.8 245.2 51.5 69.3 108.4 172 2.7 8.2 106.5 170.8 无 无
(1)有关传统和新热指标的更多信息，请参见《半导体和IC封装热指标》应用报告，SPRA953。
单位 °C/W°C/W°C/W°C/W°C/W°C/W 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.5电气特性 最大规范值和最小规范值适用于TA=–40°C至+125°C的温度范围。
典型规范值在TA=25°C下测定。
所有规范值均在VDD=3.3V、数据传输速率=8SPS、满量程范围(FSR)=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值单位 模拟输入共模输入阻抗 FSR=±6.144V
(1)FSR=±4.096V
(1)，FSR=±2.048VFSR=±1.024V 86 MΩ
3 差分输入阻抗 FSR=±0.512V，FSR=±0.256VFSR=±6.144V
(1)FSR=±4.096V
(1) FSR=±2.048V 1002215MΩ4.9 FSR=±1.024V 2.4 FSR=±0.512V，FSR=±0.256V 710 kΩ 系统性能 分辨率（无代码丢失） 16 位 DR数据传输速率 8、16、32、64、128、250、475、860 SPS 数据传输速率变化 全部数据传输速率 -10% 10% 输出噪声 请参见噪声性能部分 INL
积分非线性 DR=8SPS，FSR=±2.048V
(2) 1最低有效位(LSB) 偏移误差 FSR=±2.048V，差分输入FSR=±2.048V，单端输入 ±0.1±0.25 ±2LSB 偏移漂移 FSR=±2.048V 0.002 LSB/°
C 偏移电源抑制 FSR=±2.048V，直流电源变化 0.2 LSB/V 偏移通道匹配增益误差
(3) 增益漂移
(3)(4) 在任意两输入间匹配FSR=±2.048V，TA=25°CFSR=±0.256VFSR=±2.048VFSR=±6.144V
(1) 0.60.01% 755 LSB0.15% 40ppm/°
C 增益电源抑制增益匹配
(3) 在任意两增益间匹配 100.01% 0.1%ppm/V 增益通道匹配 在任意两输入间匹配 0.01% 0.1% 直流条件下的FSR=±0.256V 105 CMRR共模抑制比 直流条件下的FSR=±2.048V直流条件下的FSR=±6.144V
(1) 100 90 dB fCM=50Hz，DR=860SPS 105 fCM=60Hz，DR=860SPS 105 温度传感器 温度范围 –40 125°
C 温度分辨率 0.03125 °C/LSB 精度 TA=0°C至70°CTA=-40°C至+125°C对电源电压的敏感度 0.20.40.03125 ±0.5±
1 ±0.25 °C°C/V
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V或5.5V（二者中较小的电压）。
(2)最佳适配INL；覆盖满量程范围的99%。
(3)包含所有板载PGA和电压基准产生的误差。
(4)最大值由特性决定。
6 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 电气特性(接下页) 最大规范值和最小规范值适用于TA=–40°C至+125°C的温度范围。
典型规范值在TA=25°C下测定。
所有规范值均在VDD=3.3V、数据传输速率=8SPS、满量程范围(FSR)=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值单位 数字输入/输出 VIH高电平输入电压 VIL 低电平输入电压 VOH高电平输出电压 VOL低电平输出电压 IH 输入漏电流，高电平 IL 输入漏电流，低电平 IOH=1mAIOL=1mAVIH=5.5VVIL=GND 0.7VDDGND 0.8VDDGND–10–10 VDD
V 0.2VDD
V V 0.2VDD
V 10μ
A 10μ
A 电源 IVDD电源电流 断电，TA=25°C断电运行，TA=25°C运行 0.5
2 5 μ
A 150 200 300 VDD=5V 0.9 PD 功耗 VDD=3.3VVDD=2V 0.5 mW 0.3 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
7 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.6时序要求：串行接口 在工作环境温度范围内且VDD=2V至5.5V（除非另外注明） tCSSCtSCCStCSHtSCLKtSPWH tSPWL 延迟时间，CS下降沿至第一个SCLK上升沿
(1)延迟时间，最后一个SCLK下降沿至CS上升沿脉冲持续时间，CS为高电平SCLK周期脉冲持续时间，SCLK为高电平 脉冲持续时间，SCLK为低电平
(2) tDISTtDIHDtDOHD 建立时间，DIN在SCLK下降沿前有效保持时间，DIN在SCLK下降沿后有效保持时间，SCLK上升沿至DOUT无效
(1)不与其他器件共享总线时，CS可永久连接低电平。
(2)SCLK保持低电平28ms以上将复位SPI接口。
7.7开关特性：串行接口 在工作环境温度范围内（除非另外注明） 参数 tCSDOD 传播延迟时间，CS下降沿至DOUT驱动 tDOPD 传播延迟时间，SCLK上升沿至有效的新DOUT tCSDOZ 传播延迟时间，CS上升沿至DOUT高阻抗 测试条件 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 最小值100100200250100100 5050
0 最大值单位 ns ns ns ns ns ns 28 ms ns ns ns 最小值典型值最大值单位 100 ns
0 50 ns 100 ns CSSCLK DIN tCSSCtDIST Hi-ZDOUT tCSDOD tSCLKtDIHD tSPWHtDOPD 图
1.串行接口时序 tCSHtSCCS tSPWL tSCSC tDOHD tCSDOZHi-
Z 8 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.8典型特性 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
TotalError(mV)
4 3
2 1
0 -
1 -
2 -
3 -
4 -2.048 -1.024
0 1.024 2.048 InputSignal(V) DR=860SPS、差分输入、包括噪声、偏移和增益误差 DataRateError(%) 43210−1−2−3−4−60−40−20 VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V 020406080Temperature(°C) 100120140 G028 IntegralNonlinearity(ppm) 图
2.总误差与输入信号间的关系 15 FSR=±0.256V 12.5 FSR=±0.512V FSR=±2.048V FSR=±6.144V 10 7.5
5 2.5 02.02.53.03.54.04.55.05.5 SupplyVoltage(V) G010 图
4.INL与电源电压间的关系 10
8 TA=−40°
C TA=25°
C 6 TA=125°
C 4
2 0 −
2 −
4 −
6 −
8 −10−0.5−0.4−0.2−0.10 0.10.20.40.5 InputSignal(V) FSR=±0.512V，DR=8SPS，VDD=3.3V，最佳适配 图
6.INL与输入信号间的关系 IntegralNonlinearity(ppm) IntegralNonlinearity(ppm) 图
3.数据传输速率与温度间的关系
5 4 TA=−40°
C TA=25°
C 3 TA=125°
C 2
1 0 −
1 −
2 −
3 −
4 −5−2−1.5−1−0.500.511.52InputSignal(V) FSR=±2.048V，DR=8SPS，VDD=3.3V，最佳适配 图
5.INL与输入信号间的关系
5 4 TA=−40°
C TA=25°
C 3 TA=125°
C 2
1 0 −
1 −
2 −
3 −
4 −5−2−1.5−1−0.500.511.52InputSignal(V) FSR=±2.048V，DR=8SPS，VDD=5V，最佳适配 图
7.INL与输入信号间的关系 IntegralNonlinearity(ppm) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
9 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
10 12
8 TA=−40°
C TA=25°
C 10
6 TA=125°
C VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V IntegralNonlinearity(ppm) IntegralNonlinearity(ppm)
4 8
2 0
6 −
2 −
4 4 −
6 2 −
8 −10−0.5−0.4−0.2−0.10 0.10.20.40.5 InputSignal(V) FSR=±0.512V，DR=8SPS，VDD=5V，最佳适配 0−60−40−200 20406080100120140 Temperature(°C) G015 FSR=±2.048V，DR=8SPS，最佳适配 IntegralNonlinearity(ppm) 16141210 86420
8 图
8.INL与输入信号间的关系 TA=−40°CTA=25°CTA=125°C 163264128250475860DataRate(SPS) FSR=±2.048V，最佳适配 OffsetVoltage(µV) 图
9.INL与温度间的关系 60 AIN0toGND 40 AIN1toGND AIN2toGND AIN3toGND 20
0 −20 −40 −60−40−200 204060Temperature(°C) 80100120 G004 OffsetVoltage(µV) 图10.INL与数据传输速率间的关系 60 AIN0toGND 40 AIN1toGND AIN2toGND AIN3toGND 20
0 −20 −40 −60
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 SupplyVoltage(V) G005 OffsetVoltage(µV) 40302010 0−10−20−30−40 −40 图11.单端偏移电压与温度间的关系 AIN0toAIN1AIN0toAIN3AIN1toAIN3AIN2toAIN3 −200 204060Temperature(°C) 80100 120 G006 图12.单端偏移电压与电源电压间的关系 图13.差分偏移电压与温度间的关系 10 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
40 15 AIN0toAIN1 30 AIN0toAIN3 AIN1toAIN3 20 AIN2toAIN3 10 10 Numberofurrences OffsetVoltage(µV)
0 −10
5 −20 Numberofurrences−10 −8−6−4−2 0246810121416182022242628 GainError(%) −30 −40
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 SupplyVoltage(V) G007 图14.差分偏移电压与电源电压间的关系 200 150 100 50 0Offset(µV) G000 FSR=±2.048V，在3个量产批次中测得540组数据
0 −0.005−0.004−0.003−0.002−0.001 00.0010.0020.0030.0040.005 OffsetDrift(LSB/°C) G046 FSR=±2.048V，TA=–40°C至+125°
C，多路复用器(MUX)=AIN0至AIN3， 在3个量产批次中测得540组数据 0.050.040.030.020.01 0−0.01−0.02−0.03−0.04−0.05 −40−20 图15.偏移漂移直方图 FSR=±0.256VFSR=±0.512VFSR=±1.024VFSR=±2.048VFSR=±4.096VFSR=±6.144V020406080100120140Temperature(°C) 图16.偏移直方图 图17.增益误差与温度间的关系 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 11 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
0.15 200 GainError(%) Numberofurrences 0.1150 0.05FSR=±256mV
0 100 FSR=±2.048V -0.05 50-0.1 TemperatureError(°C)Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5 -0.15
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 5.5 SupplyVoltage(V) 10.80.60.40.2 0−0.2−0.4−0.6−0.8 −1−40 图18.增益误差与电源电压间的关系 AverageTemperatureErrorAverage±3sigmaAverage±6sigma −20020406080100Temperature(°C) 120 G023 图20.温度传感器误差与温度间的关系(VSSOP) 40353025201510 50
0 −0.02−0.015 −0.01−0.005 00.005 0.010.015 0.020.025 0.030.035 0.040.045 0.05 GainError(%) G000 FSR=±2.048V， 在3个量产批次中测得540组数据 图19.增益误差直方图 40353025201510 50 TemperatureError(qC) TA=–40°
C，在3个量产批次中测得48组数据图21.温度传感器误差直方图(VSSOP) 40353025201510 50 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=0°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图22.温度传感器误差直方图(VSSOP) TemperatureError(qC) TA=25°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图23.温度传感器误差直方图(VSSOP) 12 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10
5 5
0 0 Temperature
Error(ƒC)Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=70°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图24.温度传感器误差直方图(VSSOP) 10.80.60.40.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 -1-40 AverageTemperatureErrorAverage“3sigmaAverage“6sigma -20
0 204060 Temperature(ƒC) 80100120 C007 图26.温度传感器误差与温度间的关系(X2QFN) 70605040302010
0 TemperatureError(qC) TA=125°
C，在3个量产批次中测得48组数据图25.温度传感器误差直方图(VSSOP) 70605040302010
0 TemperatureError(qC)TA=–40°
C，在量产过程中测得94组数据 图27.温度传感器误差直方图(X2QFN) 70605040302010
0 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=0°
C，在量产过程中测得94组数据 图28.温度传感器误差直方图(X2QFN) TemperatureError(qC) TA=25°
C，在量产过程中测得94组数据 图29.温度传感器误差直方图(X2QFN) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 13 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10
0 0 OperatingCurrent(mA)Power−DownCurrent(µA) TemperatureError(qC) TA=70°
C，在量产过程中测得94组数据 图30.温度传感器误差直方图(X2QFN) 300 250 VDD=5V200 150 VDD=2V VDD=3.3V 100 50 0-40-200 20406080Temperature(°C) 100120140 TemperatureError(qC) TA=125°
C，在量产过程中测得94组数据 图31.温度传感器误差直方图(X2QFN) 54.5 43.5 32.5 21.5 10.5 0−40 VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V −200 20406080Temperature(°C) 100120140 G003 图32.工作电流与温度间的关系 0-10-20-30-40-50-60-70-80
1 Gain(dB) 图33.断电电流与温度间的关系 10 100 1k 10k InputFrequency(Hz) DR=8SPS 图34.数字滤波器频率响应 14 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 8参数测量信息 8.1噪声性能 Δ-Σ(ΔΣ)模数转换器(ADC)基于过采样原则。
ΔΣADC的输入信号在高频下（调制器频率）进行采样，随后在数字域中进行滤波和抽取，从而在相应输出数据传输速率下生成转换结果。
调制器频率与输出数据传输速率的比值称为过采样率(OSR)。
通过增加OSR并降低输出数据传输速率，ADC的噪声性能可以被优化。
即当输出数据传输速率下降时，获取一个转换结果需要对内部调制器的更多样本求取平均值，因此输入参考噪声下降。
增大增益同样能够降低输入参考噪声，这在测量低幅度信号时非常有效。
表1和表2总结了器件的噪声性能。
这些数据代表TA=25°C且输入在外部短接在一起时的典型噪声性能。
表1给出了相应条件下的输入参考噪声（以μVRMS为单位）。
请注意，µVPP的值在括号中显示。
表2给出了根据μVRMS计算得到的对应数据有效位数(ENOB)，该计算过程通过公式1完成。
借助公式
2，根据噪声峰峰值计算得出的无噪声位在括号中显示。
ENOB=ln(FSR/VRMS-Noise)/ln
(2)无噪声位=ln(FSR/VPP-Noise)/ln
(2) 数据传输速率(SPS)8163264128250475860 ±6.144V187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(252.09)187.5(266.92)187.5(430.06) 表
1.VDD=3.3V时的噪声（以μVRMS(μVPP)为单位） FSR（满量程范围） ±4.096V ±2.048V ±1.024V ±0.512V 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(148.28) 62.5(84.03) 31.25(39.54) 15.62(16.06) 125(227.38) 62.5(79.08) 31.25(56.84) 15.62(32.13) 125(266.93) 62.5(118.63) 31.25(64.26) 15.62(40.78)
(1)(2) ±0.256V7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(12.35)7.81(18.53)7.81(25.95)7.81(35.83) 表
2.VDD=3.3V时，根据均方根(RMS)噪声计算出的ENOB（根据噪声峰峰值计算出的无噪声位） 数据传输速率(SPS)8163264128250475860 ±6.144V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.57)16(15.49)16(14.8) ±4.096V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.75)16(15.13)16(14.9) FSR（满量程范围） ±2.048V ±1.024V 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(15.57) 16(15.66) 16(15.66) 16(15.13) 16(15.07) 16(14.95) ±0.512V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.96)16(14.95)16(14.61) ±0.256V16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.33)16(14.75)16(14.26)16(13.8) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 15 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9详细说明 9.1概要 ADS1118是一款超小型、低功耗、16位、Δ-Σ(ΔΣ)模数转换器(ADC)。
ADS1118由一个增益可调节的ΔΣADC内核、一个内部电压基准、一个时钟振荡器以及一个SPI组成。
该器件还是一款线性度较高的精确温度传感器。
这些特性旨在降低对于外部电路的需求并提高性能。
功能框图所示为ADS1118功能框图。
ADS1118ADC内核能够测量差分信号VIN，即V(AINP)与V(AINN)之间的电势差。
转换器内核由一个差分开关电容ΔΣ调制器及其后的数字滤波器组成。
此架构可使所有共模信号产生较大衰减。
输入信号与内部电压基准进行比较。
数字滤波器接收调制器传输的高速位流，输出与输入电压成正比的代码。
ADS1118提供两种转换模式：单次和连续转换模式。
在单次模式下，ADC根据要求对输入信号执行单次转换，而后将转换值存入内部转换寄存器。
器件随后进入断电状态。
对于仅需定期转换或在两次转换之间长时间处于空闲状态的系统，采用该模式可显著节约能耗。
在连续转换模式下，ADC在前一次转换结束后立即对输入信号进行自动转换。
连续转换速率等于通过编程设定的数据传输速率。
数据可以随时读取并且始终反映最近完成的转换。
9.2功能框图 DeviceMux AIN0 AIN1AIN2AIN3 VDDPGA VoltageReference 16-BitΔΣ ADC Oscillator SerialPeripheralInterface TemperatureSensor CSSCLKDINDOUT/DRDY GND 16 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.3特性描述 9.3.1多路复用器 ADS1118具备一个输入多路复用器(mux)，如图35所示。
四路单端或双路差分信号均可通过其进行测量。
此外，以AIN3为基准，可以对AIN0，AIN1，AIN2进行差分测量。
多路复用器通过配置寄存器中的MUX[2:0]位进行配置。
当测量单端信号时，ADC的负输入通过多路复用器中的开关在内部与GND相连。
VDD Device AIN0AIN1AIN2AIN3 GNDVDDVDDGNDGNDVDD AINPAINN GND 图35.输入多路复用器 GND 当测量单端输入时，该器件不会输出负代码。
负代码表示负差分信号，即(V(AINP)–V(AINN))<
0。
与VDD和GND 相连的静电放电(ESD)二极管保护ADS1118输入。
为了防止ESD二极管导通，所有输入的绝对电压必须处于公 式3给定的范围内。
GND–0.3V(3)
如果输入引脚的电压可能超出这些条件的限制，则使用外部肖特基二极管和串联电阻将输入电流限制为安全值（请参见绝对最大额定值表）。
另外，对ADS1118中未使用的输入进行过驱动可能影响其他引脚上当前正在进行的转换。
如果可能对未使用的输入进行过驱动，则使用外部肖特基二极管对信号进行钳位。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 17 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 特性描述(接下页) 9.3.2模拟输入 ADS1118采用开关电容输入级，通过对电容持续进行充电和放电测量AINP和AINN之间的电压。
此输入信号的采样频率称为采样频率或调制器频率(f(MOD))。
ADS1118具有一个频率为1MHz的内部振荡器。
对此频率进一步进行四分频可生成250kHz的调制器频率。
此输入级使用的电容较小，外部电路的平均负载呈阻性。
该结构如图36所示。
电阻值由电容值和开关频率决定。
图37给出了图36所示的开关设置。
在采样阶段，开关S1闭合。
在这种情况下，CA1的电压在充电后变为V(AINP)、CA2的电压在充电后变为V(AINN)、CB的电压在充电后变为(V(AINP)–V(AINN))。
在放电阶段，S1首先断开，之后S2闭合。
此后，CA1和CA2的电压在放电后降至约0.7V，而CB的电压在放电后降至0V。
对于驱动ADS1118模拟输入的电源，该充电过程在其中消耗的静态电流极小。
该电流的平均值可用于计算有效阻抗(Zeff)，其中Zeff=VIN/IAVERAGE。
0.7V AINPS1 S1AINN CA1 S2CB S2 CA2 0.7V EquivalentCircuit 0.7Vf(MOD)=250kHz AINPAINN ZCMZDIFFZCM 0.7V 图36.简化的模拟输入电路 ONS1 OFF ONS2 OFF tSAMPLE 图37.S1和S2的开关时序 通过将共模信号施加到短接的AINP和AINN输入并测量各引脚的平均流耗，可计算共模输入阻抗。
共模输入阻抗根据满量程范围发生变化，在默认满量程范围内约为6MΩ。
图36中的共模输入阻抗为ZCM。
通过将差分信号施加到AINP和AINN输入，其中一个输入保持为0.7V，可测量差分输入阻抗。
流经连接0.7V电压的引脚的电流为差分电流，该电流随满量程范围进行调节。
图36中的差分输入阻抗为ZDIFF。
确保考虑输入阻抗的典型值。
除非输入源的阻抗较低，否则ADS1118输入阻抗可能影响测量精度。
对于输出阻抗较高的电源，有必要进行缓冲。
有源缓冲器会在引入噪声的同时引入偏移和增益误差。
高精度应用需要密切关注上述因素。
时钟振荡器频率随温度变化会产生轻微漂移。
因此，输入阻抗也会发生漂移。
对于多数应用而言，该输入阻抗漂移可以忽略不计。
18 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 特性描述(接下页)9.3.3满量程范围(FSR)和最低有效位(LSB)大小 ADS1118ΔΣ内核前实现了一个可编程增益放大器(PGA)。
满量程范围由配置寄存器中的三位(PGA[2:0])进行配置，可以分别设置为±6.144V、±4.096V、±2.048V、±1.024V、±0.512V、±0.256V。
表3给出了FSR和相应LSB的大小。
借助公式4中给出的公式，可根据满量程电压计算LSB大小。
然而，模拟输入电压不得超过电气特性中给出的模拟输入电压限值。
如果使用的VDD的电源电压大于4V，±6.144V满量程范围可将输入电压扩展至电源电压。
注意，即使在这种情况下，或电源电压小于满量程范围（例如，VDD=3.3V，满量程范围=±4.096V）时，不能得到满量程ADC输出编码。
这意味着一些动态范围丢失。
LSB=FSR/216
(4) 表
3.满量程范围和相应LSB的大小 FSR±6.144V
(1)±4.096V
(1)±2.048V±1.024V±0.512V±0.256V LSB大小187.5μV125μV62.5μV31.25μV15.625μV7.8125μ
V 9.3.4电压基准
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V。
ADS1118具有集成的电压基准。
此器件不使用外部基准。
增益误差和电气特性中的增益漂移规范包含与初始电压基准精度相关的误差和伴随温度的基准漂移。
9.3.5振荡器 ADS1118具有一个运行在1MHz频率的集成振荡器。
操作此器件不需要外部时钟。
要注意内部振荡器随温度和时间漂移。
输出数据速率随振荡器频率成比例缩放。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 19 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.3.6温度传感器 ADS1118具有一个集成的高精度温度传感器。
通过在配置寄存器中设置位TS_MODE=1启用温度传感器模式。
温度数据以14位结果呈现，与16位转换结果左对齐。
数据从最高有效字节(MSB)开始输出。
当读取这两个数据字节，前14位用来指定温度测量结果。
一个14位LSB等于0.03125°
C。
负数以二进制补码形式表示，如表4所示。
温度(°C)128 127.968751007550250.25 0.031250 –0.25–25-40 表4.14位温度数据格式 数字输出（二进制）010000000000000011111111111100110010000000001001011000000001100100000000001100100000000000000010000000000000000100000000000000111111111110001111001110000011101100000000 十六进制10000FFF0C800960064003200008000100003FF83CE03B00 9.3.6.1由温度转换为数字代码 对于正温度： 对正数不执行补码操作。
因此，只需将数字转换为采用左对齐格式的14位二进制编码，MSB=0表示正号。
示例：50°C/（0.03125°C/总数）=1600=0640h=00011001000000 对于负温度： 通过对二进制数的绝对值进行取反操作再加1的方式生成负数的二进制补码。
然后用MSB=1表示负号。
示例：|–25°C|/（0.03125°C/总数）=800=0320h=00001100100000二进制补码格式：11110011011111+1=11110011100000 9.3.6.2由数字代码转换为温度 要将数字代码转换为温度，首先需要检查MSB是“0”还是“1”。
如果MSB为“0”，将十进制代码乘以0.03125°C即可获得结果。
如果MSB=
1，则将结果减“1”后对各位取补码。
之后将结果乘以–0.03125°
C。
示例：器件回读0960h-0960h的MSB=
0。
0960h×0.03125°C=2400×0.03125°C=75°
C 示例：器件回读3CE0h-3CE0h的MSB=
1。
减1后对结果取补码：3CE0h→0320h0320h×(–0.03125°C)=800×(–0.03125°C)=–25°
C 20 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.4器件功能模式 9.4.1复位和上电 ADS1118在上电时会执行复位。
作为复位过程的一部分，ADS1118将配置寄存器中的每一位置为对应的默认设置。
在默认情况下，ADS1118在启动时进入断电状态。
器件接口和数字模块处于激活状态，但不执行数据转换。
在上电过程中，ADS1118的初始断电状态能够削弱浪涌电流对于电源要求严格的系统的影响。
9.4.2工作模式 ADS1118具备以下两种工作模式：连续转换模式或单次转换模式。
通过配置寄存器中的MODE位可选择相应工作模式。
9.4.2.1单次转换模式与断电 当配置寄存器中的MODE位置
1，ADS1118进入断电状态并以单次转换模式工作。
首次施加电源时，ADS1118的默认状态为断电状态。
尽管处于断电状态，该器件仍能对命令做出响应。
ADS1118将保持此断电状态直至配置寄存器中的单次(SS)位写入
1。
当SS位置为有效，该器件上电，SS位复位为
0，启动一次单次转换。
当转换数据准备就绪，可以进行获取时，器件再次断电。
如果当前进行的转换无效，向SS位写入
1。
要切换至连续转换模式，向配置寄存器中的MODE位写入
0。
9.4.2.2连续转换模式 在连续转换模式下（MODE位置为0），ADS1118执行连续转换。
转换完成后，ADS1118将结果放置于转换寄存器并立即开始下一次转换。
要切换至单次模式，向配置寄存器中的MODE位写入1或复位该器件。
9.4.3低功耗状态的占空比 当输出传输数据速率降低时，由于获取一个转换结果需要对内部调制器的更多样本求取平均值，因此ΔΣADC的噪声性能通常有所提高。
在功耗要求严格的应用中，无需改善低数据传输速率下的噪声性能。
对于此类应用，ADS1118在实际较低的速率下周期性请求高数据传输速率读数的方式支持可显著节能的占空比。
例如，处于断电状态且数据传输速率设置为860SPS的ADS1118可通过一个每125ms(8SPS)指示一次单次转换的微控制器控制运行。
由于速率为860SPS的转换仅耗时约1.2ms，ADS1118在剩余的123.8ms内保持断电状态。
在该配置下，ADS1118消耗的功率约为连续转换模式下的1/100。
占空比速率是由主控制器定义的完全任意值。
ADS1118可提供不实施占空比的低数据传输速率并可根据需要提供改善的噪声性能。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 21 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.5编程 9.5.1串行接口 兼容SPI的串行接口由四个信号（CS、SCLK、DIN和DOUT/DRDY）或三个信号（CS在这种情况下可能需要连接低电平）组成。
该接口用于读取转换数据、读写寄存器以及控制器件的工作。
9.5.2片选(CS) 片选引脚(CS)选择ADS1118进行SPI通信。
当多个器件共享同一总线时，该特性非常有用。
在串行通信过程中使CS保持低电平状态。
当CS置为高电平，串行接口复位，SCLK被忽略，DOUT/DRDY呈现高阻抗状态。
在该状态下，DOUT/DRDY不提供数据就绪指示。
当存在多个器件且必须监控DOUT/DRDY时，需要将CS周期性置为低电平。
此时，DOUT/DRDY引脚立即变为高电平以指示没有可用的新数据或立即变为低电平以指示转换寄存器中存在可以传输的新数据。
新数据可随时传输，无需担心数据损坏。
传输开始后，当前结果在输出移位寄存器中锁存并在通信完成前不发生改变。
该系统能够避免数据损坏。
9.5.3串行时钟(SCLK) 串行时钟(SCLK)具有施密特触发输入特性，用于使DIN和DOUT/DRDY引脚中的时钟数据进出ADS1118。
尽管输入存在迟滞，TI建议尽量使SCLK保持干净，以防因数据转换意外而产生毛刺脉冲。
如果SCLK保持低电平28ms，串行接口复位，下一SCLK脉冲启动一个新的通信周期。
当串行接口传输中断时，可利用此超时特性恢复通信。
当串行接口处于空闲状态时，SCLK保持低电平。
9.5.4数据输入(DIN) 数据输入引脚(DIN)与SCLK共同用于向ADS1118发送数据。
该器件在SCLK下降沿锁存DIN中的数据。
ADS1118从不驱动DIN引脚。
9.5.5数据输出与数据就绪(DOUT/DRDY) 数据输出和数据就绪引脚(DOUT/DRDY)与SCLK搭配使用，共同读取ADS1118中的转换和寄存器数据。
在SCLK上升沿中，DOUT/DRDY中的数据移出。
DOUT/DRDY还用于指示转换完成以及新数据可用。
当新数据准备就绪并可供检索时，该引脚转换为低电平。
DOUT/DRDY还能够触发微控制器读取ADS1118中的数据。
在连续转换模式下，如果未从器件检索到任何数据，DOUT/DRDY在下一数据就绪信号之前的8µs内保持高电平（DOUT/DRDY置为低电平）。
该转换过程如图38所示。
数据传输必须在DOUT/DRDY返回高电平前完成。
CS
(1) SCLK Hi-
Z 8µs DOUT/DRDY DIN
(1)CS可能保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图38.DOUT/DRDY在连续转换模式下不进行数据获取时的行为 当CS处于高电平时，DOUT/DRDY默认配置一个内部弱上拉电阻。
该特性可降低DOUT/DRDY在中间电压附近发生悬空以及在主器件中引发泄漏电流的风险。
将配置寄存器中的PULL_UP_EN位置为0以禁用此上拉电阻并将器件置为高阻抗状态。
22 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 编程(接下页)9.5.6数据格式 ADS1118以二进制补码格式提供16位数据。
正满量程输入时，输出代码7FFFh，负满量程输入时，输出代码8000h。
输出在这些信号编码处针对超出满量程范围的信号进行削波。
表5总结了不同输入信号的理想输出代码。
图39显示了代码转换与输入电压间的关系。
表
5.输入信号与理想输出代码的关系 输入信号，VIN(AINP–AINN)≥+FS(215–1)/215 +FS/215 0–FS/215 ≤–FS 理想输出代码
(1) 7FFFh0001h 0FFFFh8000h
(1)排除噪声、INL、偏移和增益误差的影响。
¼ 0x7FFF0x7FFE 0x00010x00000xFFFF OutputCode ¼ 0x80010x8000 -FS ¼0¼ FS InputVoltage(AINP-AINN) 215-
1 215-
1 -FS215 FS215 图39.ADS1118代码转换图 9.5.7获取数据 在单次转换模式和连续转换模式下，ADS1118均以相同方式写入或读取数据，无需发出任何命令。
ADS1118的工作模式通过配置寄存器中的MODE位进行选择。
将MODE位置为0可使器件在连续转换模式下工作。
在连续转换模式下，器件连续启动新的转换，即使CS处于高电平也是如此。
将MODE位置为1可启动单次转换模式。
在单次转换模式下，只有向SS位写入1时才会启动新的转换。
始终对转换数据进行缓冲并在新转换数据替换前始终保留当前数据。
因此，可随时读取数据，无需担心数据损坏。
当DOUT/DRDY置为低电平时，指示新转换数据已就绪，可通过移出DOUT/DRDY中的数据进行读取。
DOUT/DRDY中数据的MSB(bit15)在第一个SCLK上升沿随时钟移出。
在转换结果随时钟移出DOUT/DRDY的同时，新配置寄存器数据在SCLK下降沿锁存至DIN中。
ADS1118还可以在同一数据传输周期内直接回读配置寄存器设置。
完整的数据传输周期由32位（使用配置寄存器数据回读）或16位（仅在CS线路受控且永久置为低电平时使用）组成。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 23 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.5.7.132位数据传输周期 32位数据传输周期中的数据由四个字节组成：两字节用于转换结果，另外两字节用于配置寄存器回读。
该器件始终首先读取MSB。
如图40所示，同一配置寄存器设置在一个传输周期内写入两次。
如果条件允许，可在前半个传输周期写入配置寄存器设置一次，然后在后半个传输周期使DIN引脚保持低电平（如图41所示）或高电平。
如果无需更新配置寄存器，则在整个传输周期内使DIN引脚保持低电平或高电平。
在32位传输周期的前两个字节写入的配置寄存器设置在同一周期的后两个字节进行回读。
CS
(1)SCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 17 25 DATAMSBDATALSBCONFIGMSBCONFIGLSB NextDataReady DIN CONFIGMSBCONFIGLSBCONFIGMSBCONFIGLSB
(1)如果ADS1118不与其他器件共享串行总线，则CS可始终保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图40.具有配置寄存器回读功能的32位数据传输周期 CS
(1)SCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 17 25 DATAMSBDATALSBCONFIGMSBCONFIGLSB NextDataReady DIN CONFIGMSBCONFIGLSB
(1)如果ADS1118不与其他器件共享串行总线，则CS可始终保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图41.32位数据传输周期：DIN保持低电平 9.5.7.216位数据传输周期 如果配置寄存器数据无需回读，则ADS1118转换数据也可在16位短数据传输周期中随时钟移出，如图42所示。
因此，在第16个SCLK周期后，CS必须置为高电平。
将CS置为高电平会复位SPI接口。
当CS下一次置为低电平时，使用当前缓冲的转换结果在SCLK上升沿启动数据传输。
如果DOUT/DRDY在数据获取启动时为低电平，则转换缓冲区已更新为最新结果。
否则，如果DOUT/DRDY处于高电平，读取前一传输周期中的相同结果。
CSSCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 DATAMSBDATALSB
1 9 DATAMSBDATALSB DIN CONFIGMSBCONFIGLSB CONFIGMSBCONFIGLSB 图42.16位数据传输周期 24 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.6寄存器映射 ADS1118具有两个寄存器，可通过SPI接口进行访问。
转换寄存器包含上一次转换的结果。
配置寄存器允许用户更改ADS1118的工作模式并查询器件状态。
9.6.1转换寄存器[复位=0000h] 该16位转换寄存器包含的上一次转换结果采用二进制补码格式。
转换寄存器在上电后清零并且在第一次转换完成前保持为“0”。
寄存器格式如图43所示。
图43.转换寄存器 15 14 13 D15 D14 D13 R-0h R-0h R-0h
7 6
5 D7 D6 D5 R-0h R-0h R-0h 图例：R/W
=读/写；R=只读；-n=复位后的值 12D12R-0h 4D4R-0h 11D11R-0h 3D3R-0h 10D10R-0h 2D2R-0h 9D9R-0h1D1R-0h 8D8R-0h0D0R-0h 位 字段 15:0D[15:0] 表
6.转换寄存器字段说明 类型 复位 描述
R 0000h 16位转换结果 9.6.2配置寄存器[复位=058Bh] 16位配置寄存器可用于控制ADS1118的工作模式、输入选择、数据传输速率、满量程范围以及温度传感器模式。
寄存器格式如图44所示。
图44.配置寄存器 15 14 13 SS MUX[2:0] R/W-0h R/W-0h
7 6
5 DR[2:0] R/W-4h 图例：R/W=读/写；R=只读；-n=复位后的值 12 11 4TS_MODE R/W-0h 3PULL_UP_EN R/W-1h 10
9 PGA[2:0] R/W-2h
2 1 NOP[1:0] R/W-1h 8MODER/W-1h 0保留R-1h 位 字段 15 SS 14:12MUX[2:0] 类型R/W R/W 复位0h 0h 表
7.配置寄存器字段说明 说明 单次转换启动该位用于启动单次转换。
仅当器件处于断电状态且对当前转换无效时，才能写入SS。
当写入：0=无效1=启动单次转换（处于断电状态）始终回读为“0”（默认）。
输入多路复用器配置这些位配置输入多路复用器。
000=AINP为AIN0且AINN为AIN1（默认）001=AINP为AIN0且AINN为AIN3010=AINP为AIN1且AINN为AIN3011=AINP为AIN2且AINN为AIN3100=AINP为AIN0且AINN为GND101=AINP为AIN1且AINN为GND110=AINP为AIN2且AINN为GND111=AINP为AIN3且AINN为GND 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 25 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 表
7.配置寄存器字段说明(接下页) 位 字段 类型 11:9PGA[2:0] R/W
8 MODE R/W 7:
5 DR[2:0] R/W
4 TS_MODE R/W
3 PULL_UP_ENR/W 2:
1 NOP[1:0] R/W
0 保留
R 复位2h1h4h0h1h1h1h 说明 可编程增益放大器配置这些位配置可编程增益放大器。
000=FSR为±6.144V(1)001=FSR为±4.096V(1)010=FSR为±2.048V（默认）011=FSR为±1.024V100=FSR为±0.512V101=FSR为±0.256V110=FSR为±0.256V111=FSR为±0.256V 器件工作模式该位控制ADS1118的工作模式。
0=连续转换模式1=断电并采用单次转换模式（默认） 数据传输速率这些位控制数据传输速率设置。
000=8SPS001=16SPS010=32SPS011=64SPS100=128SPS（默认）101=250SPS110=475SPS111=860SPS 温度传感器模式此位配置ADC转换温度或输入信号。
0=ADC模式（默认）1=温度传感器模式 上拉使能该位使能DOUT/DRDY引脚的内部弱上拉电阻（仅限CS处于高电平）。
使能后，400kΩ内部电阻将总线与电源相连。
禁用后，DOUT/DRDY引脚处于悬空状态。
0=禁用DOUT/DRDY引脚的上拉电阻1=使能DOUT/DRDY引脚的上拉电阻（默认） 无操作NOP[1:0]位控制数据是否写入配置寄存器。
对于需要写入配置寄存器的数据，NOP[1:0]位必须为“01”。
其他任何值均会产生NOP命令。
在SCLK脉冲期间，DIN可保持高电平或低电平，数据不会写入配置寄存器。
00=无效数据，不更新配置寄存器内容01=有效数据，更新配置寄存器（默认）10=无效数据，不更新配置寄存器内容11=无效数据，不更新配置寄存器内容 保留 始终写入1h回读0h或1h
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V。
26 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 10应用和实施 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 注以下应用部分的信息不属于TI组件规范，TI不担保其准确性和完整性。
客户应负责确定TI组件是否适用于其应用。
客户应验证并测试其设计是否能够实现，以确保系统功能。
10.1应用信息ADS1118是一款16位精密ΔΣADC，其集成的多种特性能够简化温度传感器和桥式传感器等常见传感器的测量。
以下部分介绍了在各种情况下使用ADS1118的示例电路和建议。
10.1.1串行接口连接ADS1118串行接口的连接原理如图45所示。
MicrocontrollerorMicroprocessor withSPIPort DOUTDIN CSSCLK 50W50W50W50W Device 10 DIN 1SCLKDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 VDD0.1µ
F InputsSelectedfromConfiguration Register 图45.ADS1118的典型连接 多数微控制器SPI外设可与ADS1118搭配工作。
该接口在SPI模式1下工作，其中CPOL=0且CPHA=
1。
在SPI模式1下，SCLK在空闲状态下保持低电平并且数据仅在SCLK上升沿进行传输或更改；主器件和从器件在SCLK下降沿锁存或读取数据。
有关ADS1118采用的SPI通信协议的详细信息，请参见时序要求：串行接口部分。
建议为串联线路中的每个数字引脚连接一个50Ω电阻，以提供短路保护。
请务必注意始终满足全部SPI时序要求，原因是这些附加串联电阻连同数字信号线路中的总线寄生电容会使信号发生转换。
ADS1118的全差分输入适用于与源阻抗较低的差分源（例如热电偶和热敏电阻）相连。
尽管ADS1118可读取全差分信号，但由于各引脚配有ESD保护二极管，该器件的所有引脚均无法接受负电压。
当输入超出电源电压或低于接地电压，这些二极管导通以防器件受到ESD损害。
10.1.2用于通信的GPIO端口 多数微控制器具有可编程输入/输出(I/O)引脚，这些引脚可在软件中进行设置，以用于输入或输出。
如果SPI微控制器不可用，ADS1118可与GPIO引脚相连并且能够模拟SPI总线协议。
使用GPIO引脚生成SPI接口仅需将引脚配置为推挽式输入或输出。
此外，如果SCLK线路保持低电平的时间超过28ms，则通信超时。
这意味着GPIO端口必须提供间隔不超过28ms的SCLK脉冲。
10.1.3模拟输入滤波 模拟输入滤波具有两种用途：首先限制采样过程中混叠的影响；其次降低进入测量的外部噪声。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 27 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页) 与其他采样系统类似，如果不进行适当的抗混叠滤波，将发生混叠。
如果输入信号的频率分量高于ADC采样频率的一半（也称为奈奎斯特频率），将发生混叠。
这些频率分量发生折返并在实际所关注的频带中显示为小于采样频率的一半。
数字滤波器的滤波响应在采样频率的整数倍处重复，也称为调制器频率(f(MOD))，如图46所示。
频率高达一定值的信号或噪声（滤波器响应在该频率下发生重复）会在数字滤波器的作用下发生一定程度的衰减，具体取决于滤波器结构。
除非由外部模拟滤波器进行衰减，否则频率约为调制器频率或其倍数的输入信号中出现的任何频率分量均不会发生衰减并混叠回到所关注频带。
Magnitude SensorSignal UnwantedSignals UnwantedSignals OutputDataRate Magnitude DigitalFilter f(MOD)/2 AliasingofUnwantedSignals f(MOD)Frequency OutputDataRate Magnitude f(MOD)/2 ExternalAntialiasingFilter Roll-Off f(MOD)Frequency OutputDataRate f(MOD)/2 图46.混叠的影响 f(MOD)Frequency 许多传感器信号本身的带宽受限。
例如，热电偶输出的变化率受限。
在这种情况下，当使用ΔΣADC时，传感器信号不会混叠回通频带。
然而，针对传感器接线或应用电路的噪声拾取可能在通频带中混叠。
电源线路周期频率和谐波是常见噪声源。
电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI)源（例如附近的电机和手机）也会产生外部噪声。
另一类噪声源通常以时钟或数字信号形式在印刷电路板(PCB)中呈现。
模拟输入滤波有助于移除意外出现的信号，防止其影响测量结果。
一阶阻容(RC)滤波器（在大多数情况下）足以完全消除混叠或将混叠的影响降至传感器噪底范围内的某一水平。
在理想情况下，频率超过f(MOD)/2的所有信号均会衰减至ADC噪底范围内的某一水平。
ADS1118的数字滤波器可在一定程度上使信号发生衰减，如图34所示。
此外，噪声分量的幅值通常小于实际传感器信号的幅值。
因此，系统设计最初通常选择截止频率设置为与输出数据传输速率相等或是其10倍的一阶RC滤波器。
28 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页)10.1.4单端输入 虽然ADS1118具有两个差分输入，但该器件可测量四个单端信号。
图47所示为单端连接图。
通过将MUX配置为相对于接地端测量每条通道的方式，可配置ADS1118进行单端测量。
此后，根据配置寄存器中的选择读取一个输入中的数据。
单端信号的范围为0V至正电源电压或+FS中较低的一个。
由于ADS1118只接受相对于接地端的正电压，因此不得对该电路施加负电压。
ADS1118在输入范围内不会丢失线性度。
ADS1118提供范围为±FS的差分输入电压。
然而，图47所示的单端电路仅使用ADS1118FS输入电压范围的一半，原因是不会产生差分负输入。
由于仅使用FS范围的一半，因此会损失一位分辨率。
为获得最优噪声性能，TI建议尽可能采用差分配置。
差分配置可最大限度地提升ADC的动态范围并使共模噪声发生显著衰减。
VDD Device 1SCLK2CS3GND4AIN0 10DINDOUT/DRDY9 VDD8 AIN37 AIN15 AIN26 0.1µ
F InputsSelectedfromConfigurationRegister 注：为了便于说明，忽略数字引脚连接。
图47.测量单端输入 通过调整多路复用器配置，ADS1118还被设计用于支持AIN3作为公共测量点。
以AIN3为基准可测量AIN0、AIN1和AIN2。
在此配置中，ADS1118与输入搭配工作，AIN3用作公共点。
该性能改善了采用单端配置的可用范围，原因是当GND
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
29
ADS1118
ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015
应用信息(接下页)
10.1.5连接多个器件
将多个ADS1118器件与同一条SPI总线相连时，SCLK、DIN和DOUT/DRDY可通过支持SPI功能的器件使用专用片选(CS)的方式安全共享。
在默认情况下，当CS针对ADS1118变为高电平时，DOUT/DRDY通过一个弱上拉电阻上拉至VDD。
该特性旨在防止DOUT/DRDY在中间轨附近发生悬空而导致微控制器输入漏电流过大。
如果配置寄存器中的PULL_UP_EN位置“0”，DOUT/DRDY引脚在CS转换为高电平时进入三态模式。
ADS1118不能在DOUT/DRDY上发出数据就绪脉冲（条件是CS处于高电平）。
当使用多个器件时，为了评估ADS1118的新转换何时就绪，主器件将CS周期性下拉至ADS1118。
当CS变为低电平，DOUT/DRDY引脚立即驱动为高电平或低电平。
如果DOUT/DRDY线路在CS处于低电平时驱动为低电平，当前的新数据可随时随时钟移出。
如果DOUT/DRDY线路驱动为高电平，则新数据不可用且ADS1118返回最后一次读取的转换结果。
ADS1118中的有效数据可随时进行获取，无需担心数据损坏。
如果在数据传输过程中提供最新转换，则该转换在新SPI传输启动后才能回读。
MicrocontrollerorMicroprocessor SCLKDIN DOUTCS1CS2 50W50W50W50W50W Device 10DIN 1SCLKDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 注：为了便于说明，忽略电源和输入连接。
Device1SCLK 10DINDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 图48.连接多个ADS1118 30 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页)10.1.6伪代码示例 图49的流程图给出了伪代码序列以及在器件与微控制器之间建立通信以对ADS1118进行后续读数所需的步骤。
例如，已更改配置寄存器的默认设置，从而将器件设置为FSR=±0.512V、连续转换模式和64SPS数据传输速率。
INITIALIZE DATACAPTURE POWERDOWN Power-up;Waitforsuppliestosettletonominaltoensurepower-upresetplete; Waitfor50µs ConfiguremicrocontrollerSPIinterfacetoSPImode1(CPOL=
0,CPHA=1); IftheCSpinisnottiedlowpermanently,configurethemicrocontrollerGPIOconnected toCSasanoutput;ConfigurethemicrocontrollerGPIOconnected totheDRDYpinasafallingedgetriggeredinterruptinput; SetCStothedevicelow;Delayforminimumtd(CSSC) WritetheconfigregistertosetthedevicetoFSR=±0.512V,continuousconversionmode,datarate=64SPS WaitforDOUT/DRDYtotransition low NO YES TakeCSlow Delayforminimumtd(CSSC) ReadoutconversionresultandclearCStohighbeforeDOUT/DRDYgoeslowagain TakeCSlow Delayforminimumtd(CSSC) SetMODEbitinconfigregisterto'1'toenterpower-downandsingle-shot mode ClearCStohigh ClearCStohightoresettheserialinterface 图49.伪代码示例流程图 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 31 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 10.2典型应用图50给出了双通道独立热电偶测量系统使用内部高精度温度传感器进行冷端补偿时的基本连接。
除了热电偶之外，外部电路仅需偏置电阻、一阶低通抗混叠滤波器和电源去耦合电容。
3.3V 3.3VRPU1M RPD1M GND RDIFFA500 RDIFFB500 CCMA0.1F AIN0 1FAIN1 CCMB0.1F GND3.3VRPU1M RPD1M GNDGND RDIFFA500 RDIFFB500 CCMA0.1F AIN2 1FAIN3 CCMB0.1F 0.1F VDD±256-mVFSR VoltageReference Mux PGA 16-bitûADC ADS1118 DigitalFilterand Interface GND Oscillator TemperatureSensor SCLKCSDOUT/DRDYDIN 图50.双通道热电偶测量系统 10.2.1设计要求表8给出了该应用的设计参数。
10.2.2 表
8.设计参数 设计参数电源电压基准电压更新速率热电偶类型温度测量范围TA=25°C时的测量精度
(1)(1)具有偏移校准，但无增益校准。
测量不考虑热电偶误差。
详细设计流程 值3.3V内部≥100个读数/秒 K–200°C至+1250°
C ±0.7°
C 偏置电阻（RPU和RPD）具有两种用途。
第一种用途是将热电偶的共模电压设置在器件的特定电压范围内。
第二种用途是提供弱上拉和下拉，以检测开放式热电偶的引线。
当其中一条热电偶引线因发生故障而开路，正负输入将分别拉至VDD和GND。
因此，ADC读取超出热电偶电压正常测量范围的满量程值来指示这种故障状态。
当选择偏置电阻的阻值时，请务必注意避免偏置电流降低测量精度。
偏置电流流经热电偶会引起自发热并使热电偶引线之间产生额外压降。
偏置电阻的典型值范围为1MΩ至50MΩ。
尽管该器件的数字滤波器会使噪声的高频分量发生衰减，TI建议在输入处使用一阶无源RC滤波器进一步改善性 能。
由RDIFFA、RDIFFB和差分电容CDIFF组成的差分RC滤波器的截止频率与借助公式5的计算结果相同。
尽管ADS1118的数字滤波器能够使噪声的高频分量发生显著衰减，TI建议使用一阶无源RC滤波器进一步抑制高频噪 声并避免发生混叠。
选择滤波器电阻的阻值时必须小心谨慎，原因是流经器件的输入电流会导致电阻产生压降。
该 压降作为ADC输入的附加偏移误差而出现。
TI建议将滤波器电阻的阻值限制在1kΩ以下。
fC=1/[2π·(RDIFFA+RDIFFB)·CDIFF]
(5) 32 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 同时添加两个共模滤波电容（CCMA和CCMB）使高频共模噪声分量发生衰减。
TI建议差分电容CDIFF至少应比这些共模电容高出一个数量级(10x)，原因是共模电容不匹配会导致共模噪声转换为差分噪声。
当最高电势输入信号稍低于ADC的FSR时，所获得的测量分辨率最高。
根据设计要求，最高热电偶电压(VTC)在热电偶温度(TTC)为1250°C时出现。
在此温度下，美国国家标准技术研究所(NIST)出版的表格中定义VTC=50.644mV，此时的冷端温度(TCJ)为0°
C。
热电偶产生的输出电压与热电偶尖端和冷端温度之差成正比。
如果冷端温度低于0°
C，热电偶产生的电压高于50.644mV。
等温模块区域受到器件工作温度范围的限制。
因此，等温模块的温度限制为–40°
C。
K型热电偶在TTC=1250°C时产生的输出电压VTC=50.644mV–(–1.527mV)=52.171mV，其参考冷端温度为TCJ=–40°
C。
该器件的满量程范围为±0.256V，这也是本应用示例采用的满量程范围。
该器件集成了一个用于测量冷端温度的精密温度传感器。
配置寄存器中的TS_MODE位置1可启用温度传感器模式。
温度传感器的总体精度取决于ADS1118针对冷端的测量精度。
因此，为了设计精确的热电偶系统，组件的放置以及PCB的布局布线必须小心谨慎。
ADS1118评估模块提供了良好基础并且给出了实现优异冷端补偿性能的示例。
除了仅连接一条热电偶通道外，ADS1118评估模块使用的电路原理图与图50完全相同。
如需了解通过优化组件放置和布局布线实现冷端补偿性能的详细信息，请参见应用手册《使用ADS1118进行精密热电偶测量》，SBAA189。
冷端补偿有多种计算方法。
典型方法是在热电偶输入和温度传感器之间进行交错读数。
即获取一个片上温度结果TCJ（对于每个测得的热电偶ADC电压VTC均是如此）。
要考虑冷结点，首先将ADS1118中的温度传感器读数转换为与当前正在使用的热电偶电压成正比的电压(VCJ)。
该过程一般通过对热电偶电压至温度转换表执行反向查找来完成。
加入这两个电压将产生热电偶补偿电压(VActual)，其中VActual=VCJ+VTC。
此后，VActual根据同一NIST查找表转换为温度(TActual)。
图51给出了说明该过程的框图。
有关该方法的详细说明，请参见应用手册《使用ADS1118进行精密热电偶测量》，SBAA189。
Device ThermocoupleVTCVoltage On-chip TCJ Temperature MCU VCJ TÆ
V VActual VÆ
T TActual Result 图51.软件流程图 图52和图53给出了测量结果。
测量在TA=TCJ=25°C的条件下执行。
系统偏移校准在TTC=25°C下执行，该条件等同于VTC=0V（TCJ=25°C）。
测量过程中不执行增益校准。
图52中的数据是通过将精密电压源代替热电偶作为输入信号获得的。
图53中的黑色实线为相应温度下的测量误差。
这些误差借助NIST表并根据图52中的数据计算得出。
图53中的黑色实线表示ADC增益及非线性误差引起的测量误差。
除了包含器件增益和非线性误差外，图53中的蓝色虚线还包括温度传感器误差(±0.5°C)的保护带。
请注意，图52和图53中的测量结果不考虑在热电偶测量系统设计过程中必须考虑的热电偶误差。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 33 Measu
该器件采用超小型无引线X2QFN-10封装或超薄小外形尺寸VSSOP-10封装，具备测量最常见传感器信号所需的全部功能。
ADS1118集成了可编程增益放大器(PGA)、电压基准、振荡器和高精度温度传感器。
凭借这些功能以及2V至5.5V的宽电源电压范围，ADS1118非常适用于功率及空间受限型传感器测量应用。
ADS1118数据转换速率最高可达每秒860次采样(SPS)。
PGA的输入范围为±256mV至±6.144V，能够以高分辨率测量大信号和小信号。
该器件通过输入多路复用器(MUX)测量双路差分输入或四路单端输入。
高精度温度传感器用于系统级温度监控或对热电偶进行冷结点补偿。
ADS1118可选择以连续转换模式或单次模式运行。
该器件在单次模式下完成一次转换后自动断电。
在空闲状态下，单次模式会显著降低流耗。
所有数据均通过串行外设接口(SPI™)进行传输。
ADS1118的额定工作温度范围为-40°C至+125°
C。
器件型号ADS1118 器件信息
(1) 封装X2QFN(10)VSSOP(10) 封装尺寸（标称值）1.50mmx2.00mm3.00mmx3.00mm
(1)要了解所有可用封装，请见数据表末尾的可订购产品附录。
K型热电偶测量使用集成温度传感器进行冷结点补偿 3.3V 3.3V 0.1F AIN0AIN1 VDD VoltageReference ADS1118 3.3V Mux PGA AIN2AIN3 GND 16-bitûADC DigitalFilterand Interface Oscillator TemperatureSensor SCLKCSDOUT/DRDYDIN
1 AnIMPORTANTNOTICEattheendofthisdatasheetaddressesavailability,warranty,changes,useinsafety-criticalapplications, intellectualpropertymattersandotherimportantdisclaimers.PRODUCTIONDATA. EnglishDataSheet:SBAS457 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 目录 1特性..........................................................................12应用..........................................................................13说明..........................................................................14修订历史记录...........................................................25器件比较表...............................................................46引脚配置和功能........................................................47技术规格...................................................................5 7.1绝对最大额定值.........................................................57.2ESD额定值...............................................................57.3建议的工作条件.........................................................57.4热性能信息................................................................57.5电气特性....................................................................67.6时序要求：串行接口..................................................87.7开关特性：串行接口..................................................87.8典型特性....................................................................98参数测量信息.........................................................158.1噪声性能..................................................................159详细说明.................................................................169.1概要.........................................................................169.2功能框图..................................................................16 9.3特性描述..................................................................179.4器件功能模式...........................................................219.5编程.........................................................................229.6寄存器映射..............................................................2510应用和实施............................................................2710.1应用信息................................................................2710.2典型应用...............................................................3211电源相关建议.........................................................3511.1电源排序................................................................3511.2电源去耦................................................................3512布局布线................................................................3612.1布局布线指南.........................................................3612.2布局示例................................................................3713器件和文档支持.....................................................3813.1文档支持................................................................3813.2社区资源................................................................3813.3商标.......................................................................3813.4静电放电警告.........................................................3813.5术语表...................................................................3814机械、封装和可订购信息.......................................38 4修订历史记录 注：之前版本的页码可能与当前版本有所不同。
ChangesfromRevisionD(October2013)toRevisionE Page •已添加ESD额定值表，特性描述部分，噪声性能部分，器件功能模式部分，应用和实施部分，电源相关建议部分，布局部分，器件和文档支持部分，机械封装和可订购信息部分
..................................................................................................
1 •
已更改标题，描述部分，特性部分和首页框图........................................................................................................................
1•已将标题由产品系列更改为器件比较表并删除了封装标识符列...............................................................................................
4•已更新描述并更改了引脚配置和功能表中的I/O列名称..........................................................................................................
4•已更改数字输入电压范围，并且添加TJ的最小规范值到绝对最大额定值表..........................................................................5•已添加差分输入阻抗规范至电气特性.....................................................................................................................................
6•已更改时序要求：串行接口中的条件说明..............................................................................................................................
8•将tCSDOD、tDOPD和tCSDOZ参数由时序要求移至开关特性......................................................................................................
8•将tCSDOD和tCSDOZ值由MIN列移至MAX列。.....................................................................................................................
8•已删除噪声与输入信号的关系、噪声与电源电压的关系和噪声与输入信号的关系图.............................................................9•已更新概述部分并删除了功能框图中的“增益=2/3、1、2、4、8或16”..............................................................................16•已更新模拟输入部分.............................................................................................................................................................
18•已更新满量程范围(FSR)和LSB大小部分..........................................................................................................................
19•已更新复位和上电部分..........................................................................................................................................................
21•已更新32位数据传输周期部分.............................................................................................................................................
24•已更新寄存器映射部分..........................................................................................................................................................
25•已更新应用信息部分.............................................................................................................................................................
27•已更新图48..........................................................................................................................................................................
30•已删除具有冷端温度的热电偶测量部分并将图50移至典型应用部分..................................................................................322 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 ChangesfromRevisionC(February2013)toRevisionD Page •已删除
器件图形......................................................................................................................................................................
1•已更改图44中的bit1至NOP0.........................................................................................................................................
25•已更改图44中的NOP位说明：将bit[2:0]更改为bit[2:1]并将NOP更改为NOP[1:0]..................................................26 ChangesfromRevisionB(August2012)toRevisionC Page •更改后的文档符合最新标准.....................................................................................................................................................
1•已更改“低流耗”特性要点中的“单次模式”特性要点..................................................................................................................
1•已更改“内部温度传感器”特性要点..........................................................................................................................................
1•已更改描述部分......................................................................................................................................................................
1•已更改产品系列表..................................................................................................................................................................
4•已更改引脚说明表中的功能列名称.........................................................................................................................................
4•已更改模拟输入，满量程输入电压范围参数行（位于电气特性表..........................................................................................5•已更改电气特性表中的脚注1和2.........................................................................................................................................
5•已更改电气特性表的条件.......................................................................................................................................................
6•已更改电气特性表中的系统性能，积分非线性和增益误差测试条件......................................................................................6•已更改电气特性表中的前两个温度传感器，温度传感器精度参数测试条件............................................................................
6•已更改电源要求，电源电流参数测试条件（位于电气特性表中）..........................................................................................7•已更改时序要求：串行接口时序表的脚注3..........................................................................................................................
8•已更新图3.............................................................................................................................................................................
9•已更新图9.............................................................................................................................................................................
9•已更改图11至图14的标题..................................................................................................................................................
9•已更新图15和图33.............................................................................................................................................................
10•已更改图21至图25中的条件............................................................................................................................................
12•已添加图20.........................................................................................................................................................................
12•已更改图27至图31中的注释............................................................................................................................................
13•已更改概述部分....................................................................................................................................................................
16•已更新多路复用器部分..........................................................................................................................................................
17•已更改满量程输入部分.........................................................................................................................................................
19•已更改电压基准部分............................................................................................................................................................
19•已更改振荡器部分................................................................................................................................................................
19•已添加乘法点至由数字代码转换为温度部分中的示例等式...................................................................................................
20•已更改串行接口、片选、串行时钟、数据输入以及数据输出和数据就绪部分......................................................................22•已更改获取数据部分............................................................................................................................................................
23•已更改寄存器部分................................................................................................................................................................
25•已更改混叠，复位和上电，工作模式和低功耗状态的占空比部分........................................................................................27•已更新图50.........................................................................................................................................................................
32 ChangesfromRevisionA(July2011)toRevisionB Page •已添加(VSSOP)至图20至图25的标题.............................................................................................................................
12•已添加图26至图31...........................................................................................................................................................
13 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated3 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 5器件比较表 器件 ADS1118ADS1018ADS1115ADS1114ADS1113ADS1015ADS1014ADS1013 分辨率（位） 16 12161616121212 最高采样率(SPS) 860 3300860860860330033003300 输入通道差分 （单端） 2
(4) 2(4)2(4)1(1)1(1)2(4)1(1)1
(1) PGA 有有有有无有有无 接口 串行外设接口(SPI)SPII2CI2CI2CI2CI2CI2C 特殊特性 温度传感器温度传感器 比较器比较器 无比较器比较器 无 6引脚配置和功能 RUG封装10引脚X2QFN 顶视图 DIN 10 SCLK1 9DOUT/DRDY CS2 8VDD GND3 7AIN3 AIN04 5AIN1 6AIN2 SCLK1CS2 GND3AIN04AIN15 DGS封装10引脚VSSOP 顶视图DIN AIN1 10DIN9DOUT/ DRDY8VDD7AIN36AIN2 引脚 编号 名称
1 SCLK
2 CS
3 GND
4 AIN0
5 AIN1
6 AIN2
7 AIN3
8 VDD
9 DOUT/DRDY 10 DIN 类型 数字输入
数字输入 电源模拟输入模拟输入模拟输入模拟输入 电源数字输出数字输入 引脚功能 说明 串行时钟输入片选；低电平有效。
如果不使用该引脚，则接GND引脚。
接地模拟输入
0。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
1。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
2。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
模拟输入
3。
如果不使用该引脚，则保持断开状态或与VDD相连。
电源。
将一个100nF电源去耦电容与GND相连。
与数据就绪相结合的串行数据输出；低电平有效串行数据输入
4 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7技术规格 7.1绝对最大额定值 在工作环境温度范围内（除非另外注明）
(1) 电源电压模拟输入电压数字输入电压输入电流，连续 温度 VDD至GNDAIN0、AIN1、AIN2、AIN3DIN、DOUT/DRDY、SCLK、CS除电源引脚外的全部引脚结温，TJ储存，Tstg 最小值-0.3 GND–0.3GND–0.3 –10–40–60 最大值 单位 5.5
V VDD+0.3
V VDD+0.3
V 10 mA 150°C 150
(1)超出绝对最大额定值下列出的应力值可能会对器件造成永久损坏。
这些仅为在应力额定值下的工作情况，对于额定值下的器件的功能性操作以及在超出推荐的操作条件下的任何其它操作，在此并未说明。
在绝对最大额定值条件下长时间运行会影响器件可靠性。
7.2ESD额定值 V(ESD)静电放电 人体放电模式(HBM)，符合ANSI/ESDA/JEDECJS-001
(1)充电器件模式(CDM)，符合JEDEC规范JESD22-C101
(2)
(1)JEDEC文档JEP155规定：500VHBM能够在标准ESD控制流程下安全生产。
(2)JEDEC文档JEP157规定：250VCDM能够在标准ESD控制流程下安全生产。
值 单位 ±4000V ±1000 7.3建议的工作条件 在工作环境温度范围内（除非另外注明） 最小值 标称值 最大值 电源 VDD电源 模拟输入
(1) FSR 满量程输入电压范围
(2)中） V(AINx)绝对输入电压数字输入 输入电压 温度范围 TA 工作环境温度 VDD至GNDVIN=V(AINP)-V(AINN) 2GND请参见表3GND –40 5.5 VDDVDD125
(1)AINP和AINN表示选择的正负输入。
AINx表示提供的四个模拟输入之
一。
(2)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V或5.5V（二者中较小的电压）。
单位
V VV°
C 7.4热性能信息 热指标
(1) RθJARθ)RθJBψJTψJBRθJC(bot) 结至环境热阻结至外壳（顶部）热阻结至电路板热阻管结至顶部的特征参数管结至电路板的特征参数结至外壳（底部）热阻 ADS1118 DGS(VSSOP)RUG(X2QFN) 10引脚 10引脚 186.8 245.2 51.5 69.3 108.4 172 2.7 8.2 106.5 170.8 无 无
(1)有关传统和新热指标的更多信息，请参见《半导体和IC封装热指标》应用报告，SPRA953。
单位 °C/W°C/W°C/W°C/W°C/W°C/W 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.5电气特性 最大规范值和最小规范值适用于TA=–40°C至+125°C的温度范围。
典型规范值在TA=25°C下测定。
所有规范值均在VDD=3.3V、数据传输速率=8SPS、满量程范围(FSR)=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值单位 模拟输入共模输入阻抗 FSR=±6.144V
(1)FSR=±4.096V
(1)，FSR=±2.048VFSR=±1.024V 86 MΩ
3 差分输入阻抗 FSR=±0.512V，FSR=±0.256VFSR=±6.144V
(1)FSR=±4.096V
(1) FSR=±2.048V 1002215MΩ4.9 FSR=±1.024V 2.4 FSR=±0.512V，FSR=±0.256V 710 kΩ 系统性能 分辨率（无代码丢失） 16 位 DR数据传输速率 8、16、32、64、128、250、475、860 SPS 数据传输速率变化 全部数据传输速率 -10% 10% 输出噪声 请参见噪声性能部分 INL
积分非线性 DR=8SPS，FSR=±2.048V
(2) 1最低有效位(LSB) 偏移误差 FSR=±2.048V，差分输入FSR=±2.048V，单端输入 ±0.1±0.25 ±2LSB 偏移漂移 FSR=±2.048V 0.002 LSB/°
C 偏移电源抑制 FSR=±2.048V，直流电源变化 0.2 LSB/V 偏移通道匹配增益误差
(3) 增益漂移
(3)(4) 在任意两输入间匹配FSR=±2.048V，TA=25°CFSR=±0.256VFSR=±2.048VFSR=±6.144V
(1) 0.60.01% 755 LSB0.15% 40ppm/°
C 增益电源抑制增益匹配
(3) 在任意两增益间匹配 100.01% 0.1%ppm/V 增益通道匹配 在任意两输入间匹配 0.01% 0.1% 直流条件下的FSR=±0.256V 105 CMRR共模抑制比 直流条件下的FSR=±2.048V直流条件下的FSR=±6.144V
(1) 100 90 dB fCM=50Hz，DR=860SPS 105 fCM=60Hz，DR=860SPS 105 温度传感器 温度范围 –40 125°
C 温度分辨率 0.03125 °C/LSB 精度 TA=0°C至70°CTA=-40°C至+125°C对电源电压的敏感度 0.20.40.03125 ±0.5±
1 ±0.25 °C°C/V
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V或5.5V（二者中较小的电压）。
(2)最佳适配INL；覆盖满量程范围的99%。
(3)包含所有板载PGA和电压基准产生的误差。
(4)最大值由特性决定。
6 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 电气特性(接下页) 最大规范值和最小规范值适用于TA=–40°C至+125°C的温度范围。
典型规范值在TA=25°C下测定。
所有规范值均在VDD=3.3V、数据传输速率=8SPS、满量程范围(FSR)=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值单位 数字输入/输出 VIH高电平输入电压 VIL 低电平输入电压 VOH高电平输出电压 VOL低电平输出电压 IH 输入漏电流，高电平 IL 输入漏电流，低电平 IOH=1mAIOL=1mAVIH=5.5VVIL=GND 0.7VDDGND 0.8VDDGND–10–10 VDD
V 0.2VDD
V V 0.2VDD
V 10μ
A 10μ
A 电源 IVDD电源电流 断电，TA=25°C断电运行，TA=25°C运行 0.5
2 5 μ
A 150 200 300 VDD=5V 0.9 PD 功耗 VDD=3.3VVDD=2V 0.5 mW 0.3 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
7 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.6时序要求：串行接口 在工作环境温度范围内且VDD=2V至5.5V（除非另外注明） tCSSCtSCCStCSHtSCLKtSPWH tSPWL 延迟时间，CS下降沿至第一个SCLK上升沿
(1)延迟时间，最后一个SCLK下降沿至CS上升沿脉冲持续时间，CS为高电平SCLK周期脉冲持续时间，SCLK为高电平 脉冲持续时间，SCLK为低电平
(2) tDISTtDIHDtDOHD 建立时间，DIN在SCLK下降沿前有效保持时间，DIN在SCLK下降沿后有效保持时间，SCLK上升沿至DOUT无效
(1)不与其他器件共享总线时，CS可永久连接低电平。
(2)SCLK保持低电平28ms以上将复位SPI接口。
7.7开关特性：串行接口 在工作环境温度范围内（除非另外注明） 参数 tCSDOD 传播延迟时间，CS下降沿至DOUT驱动 tDOPD 传播延迟时间，SCLK上升沿至有效的新DOUT tCSDOZ 传播延迟时间，CS上升沿至DOUT高阻抗 测试条件 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 DOUT负载=20pF||100kΩ，与GND相连 最小值100100200250100100 5050
0 最大值单位 ns ns ns ns ns ns 28 ms ns ns ns 最小值典型值最大值单位 100 ns
0 50 ns 100 ns CSSCLK DIN tCSSCtDIST Hi-ZDOUT tCSDOD tSCLKtDIHD tSPWHtDOPD 图
1.串行接口时序 tCSHtSCCS tSPWL tSCSC tDOHD tCSDOZHi-
Z 8 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 7.8典型特性 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
TotalError(mV)
4 3
2 1
0 -
1 -
2 -
3 -
4 -2.048 -1.024
0 1.024 2.048 InputSignal(V) DR=860SPS、差分输入、包括噪声、偏移和增益误差 DataRateError(%) 43210−1−2−3−4−60−40−20 VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V 020406080Temperature(°C) 100120140 G028 IntegralNonlinearity(ppm) 图
2.总误差与输入信号间的关系 15 FSR=±0.256V 12.5 FSR=±0.512V FSR=±2.048V FSR=±6.144V 10 7.5
5 2.5 02.02.53.03.54.04.55.05.5 SupplyVoltage(V) G010 图
4.INL与电源电压间的关系 10
8 TA=−40°
C TA=25°
C 6 TA=125°
C 4
2 0 −
2 −
4 −
6 −
8 −10−0.5−0.4−0.2−0.10 0.10.20.40.5 InputSignal(V) FSR=±0.512V，DR=8SPS，VDD=3.3V，最佳适配 图
6.INL与输入信号间的关系 IntegralNonlinearity(ppm) IntegralNonlinearity(ppm) 图
3.数据传输速率与温度间的关系
5 4 TA=−40°
C TA=25°
C 3 TA=125°
C 2
1 0 −
1 −
2 −
3 −
4 −5−2−1.5−1−0.500.511.52InputSignal(V) FSR=±2.048V，DR=8SPS，VDD=3.3V，最佳适配 图
5.INL与输入信号间的关系
5 4 TA=−40°
C TA=25°
C 3 TA=125°
C 2
1 0 −
1 −
2 −
3 −
4 −5−2−1.5−1−0.500.511.52InputSignal(V) FSR=±2.048V，DR=8SPS，VDD=5V，最佳适配 图
7.INL与输入信号间的关系 IntegralNonlinearity(ppm) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated
9 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
10 12
8 TA=−40°
C TA=25°
C 10
6 TA=125°
C VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V IntegralNonlinearity(ppm) IntegralNonlinearity(ppm)
4 8
2 0
6 −
2 −
4 4 −
6 2 −
8 −10−0.5−0.4−0.2−0.10 0.10.20.40.5 InputSignal(V) FSR=±0.512V，DR=8SPS，VDD=5V，最佳适配 0−60−40−200 20406080100120140 Temperature(°C) G015 FSR=±2.048V，DR=8SPS，最佳适配 IntegralNonlinearity(ppm) 16141210 86420
8 图
8.INL与输入信号间的关系 TA=−40°CTA=25°CTA=125°C 163264128250475860DataRate(SPS) FSR=±2.048V，最佳适配 OffsetVoltage(µV) 图
9.INL与温度间的关系 60 AIN0toGND 40 AIN1toGND AIN2toGND AIN3toGND 20
0 −20 −40 −60−40−200 204060Temperature(°C) 80100120 G004 OffsetVoltage(µV) 图10.INL与数据传输速率间的关系 60 AIN0toGND 40 AIN1toGND AIN2toGND AIN3toGND 20
0 −20 −40 −60
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 SupplyVoltage(V) G005 OffsetVoltage(µV) 40302010 0−10−20−30−40 −40 图11.单端偏移电压与温度间的关系 AIN0toAIN1AIN0toAIN3AIN1toAIN3AIN2toAIN3 −200 204060Temperature(°C) 80100 120 G006 图12.单端偏移电压与电源电压间的关系 图13.差分偏移电压与温度间的关系 10 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
40 15 AIN0toAIN1 30 AIN0toAIN3 AIN1toAIN3 20 AIN2toAIN3 10 10 Numberofurrences OffsetVoltage(µV)
0 −10
5 −20 Numberofurrences−10 −8−6−4−2 0246810121416182022242628 GainError(%) −30 −40
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 SupplyVoltage(V) G007 图14.差分偏移电压与电源电压间的关系 200 150 100 50 0Offset(µV) G000 FSR=±2.048V，在3个量产批次中测得540组数据
0 −0.005−0.004−0.003−0.002−0.001 00.0010.0020.0030.0040.005 OffsetDrift(LSB/°C) G046 FSR=±2.048V，TA=–40°C至+125°
C，多路复用器(MUX)=AIN0至AIN3， 在3个量产批次中测得540组数据 0.050.040.030.020.01 0−0.01−0.02−0.03−0.04−0.05 −40−20 图15.偏移漂移直方图 FSR=±0.256VFSR=±0.512VFSR=±1.024VFSR=±2.048VFSR=±4.096VFSR=±6.144V020406080100120140Temperature(°C) 图16.偏移直方图 图17.增益误差与温度间的关系 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 11 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
0.15 200 GainError(%) Numberofurrences 0.1150 0.05FSR=±256mV
0 100 FSR=±2.048V -0.05 50-0.1 TemperatureError(°C)Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5 -0.15
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5 5.5 SupplyVoltage(V) 10.80.60.40.2 0−0.2−0.4−0.6−0.8 −1−40 图18.增益误差与电源电压间的关系 AverageTemperatureErrorAverage±3sigmaAverage±6sigma −20020406080100Temperature(°C) 120 G023 图20.温度传感器误差与温度间的关系(VSSOP) 40353025201510 50
0 −0.02−0.015 −0.01−0.005 00.005 0.010.015 0.020.025 0.030.035 0.040.045 0.05 GainError(%) G000 FSR=±2.048V， 在3个量产批次中测得540组数据 图19.增益误差直方图 40353025201510 50 TemperatureError(qC) TA=–40°
C，在3个量产批次中测得48组数据图21.温度传感器误差直方图(VSSOP) 40353025201510 50 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=0°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图22.温度传感器误差直方图(VSSOP) TemperatureError(qC) TA=25°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图23.温度传感器误差直方图(VSSOP) 12 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10
5 5
0 0 Temperature
Error(ƒC)Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=70°
C，在3个量产批次中测得48组数据 图24.温度传感器误差直方图(VSSOP) 10.80.60.40.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 -1-40 AverageTemperatureErrorAverage“3sigmaAverage“6sigma -20
0 204060 Temperature(ƒC) 80100120 C007 图26.温度传感器误差与温度间的关系(X2QFN) 70605040302010
0 TemperatureError(qC) TA=125°
C，在3个量产批次中测得48组数据图25.温度传感器误差直方图(VSSOP) 70605040302010
0 TemperatureError(qC)TA=–40°
C，在量产过程中测得94组数据 图27.温度传感器误差直方图(X2QFN) 70605040302010
0 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 TemperatureError(qC) TA=0°
C，在量产过程中测得94组数据 图28.温度传感器误差直方图(X2QFN) TemperatureError(qC) TA=25°
C，在量产过程中测得94组数据 图29.温度传感器误差直方图(X2QFN) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 13 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 Numberofurences-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 00.10.20.30.40.5 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 典型特性(接下页) 在TA=25°
C、VDD=3.3V、FSR=±2.048V的情况下测得（除非另外注明）。
70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10
0 0 OperatingCurrent(mA)Power−DownCurrent(µA) TemperatureError(qC) TA=70°
C，在量产过程中测得94组数据 图30.温度传感器误差直方图(X2QFN) 300 250 VDD=5V200 150 VDD=2V VDD=3.3V 100 50 0-40-200 20406080Temperature(°C) 100120140 TemperatureError(qC) TA=125°
C，在量产过程中测得94组数据 图31.温度传感器误差直方图(X2QFN) 54.5 43.5 32.5 21.5 10.5 0−40 VDD=2.0VVDD=3.3VVDD=5.0V −200 20406080Temperature(°C) 100120140 G003 图32.工作电流与温度间的关系 0-10-20-30-40-50-60-70-80
1 Gain(dB) 图33.断电电流与温度间的关系 10 100 1k 10k InputFrequency(Hz) DR=8SPS 图34.数字滤波器频率响应 14 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 8参数测量信息 8.1噪声性能 Δ-Σ(ΔΣ)模数转换器(ADC)基于过采样原则。
ΔΣADC的输入信号在高频下（调制器频率）进行采样，随后在数字域中进行滤波和抽取，从而在相应输出数据传输速率下生成转换结果。
调制器频率与输出数据传输速率的比值称为过采样率(OSR)。
通过增加OSR并降低输出数据传输速率，ADC的噪声性能可以被优化。
即当输出数据传输速率下降时，获取一个转换结果需要对内部调制器的更多样本求取平均值，因此输入参考噪声下降。
增大增益同样能够降低输入参考噪声，这在测量低幅度信号时非常有效。
表1和表2总结了器件的噪声性能。
这些数据代表TA=25°C且输入在外部短接在一起时的典型噪声性能。
表1给出了相应条件下的输入参考噪声（以μVRMS为单位）。
请注意，µVPP的值在括号中显示。
表2给出了根据μVRMS计算得到的对应数据有效位数(ENOB)，该计算过程通过公式1完成。
借助公式
2，根据噪声峰峰值计算得出的无噪声位在括号中显示。
ENOB=ln(FSR/VRMS-Noise)/ln
(2)无噪声位=ln(FSR/VPP-Noise)/ln
(2) 数据传输速率(SPS)8163264128250475860 ±6.144V187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(187.5)187.5(252.09)187.5(266.92)187.5(430.06) 表
1.VDD=3.3V时的噪声（以μVRMS(μVPP)为单位） FSR（满量程范围） ±4.096V ±2.048V ±1.024V ±0.512V 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(125) 62.5(62.5) 31.25(31.25) 15.62(15.62) 125(148.28) 62.5(84.03) 31.25(39.54) 15.62(16.06) 125(227.38) 62.5(79.08) 31.25(56.84) 15.62(32.13) 125(266.93) 62.5(118.63) 31.25(64.26) 15.62(40.78)
(1)(2) ±0.256V7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(7.81)7.81(12.35)7.81(18.53)7.81(25.95)7.81(35.83) 表
2.VDD=3.3V时，根据均方根(RMS)噪声计算出的ENOB（根据噪声峰峰值计算出的无噪声位） 数据传输速率(SPS)8163264128250475860 ±6.144V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.57)16(15.49)16(14.8) ±4.096V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.75)16(15.13)16(14.9) FSR（满量程范围） ±2.048V ±1.024V 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(16) 16(15.57) 16(15.66) 16(15.66) 16(15.13) 16(15.07) 16(14.95) ±0.512V16(16)16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.96)16(14.95)16(14.61) ±0.256V16(16)16(16)16(16)16(16)16(15.33)16(14.75)16(14.26)16(13.8) 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 15 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9详细说明 9.1概要 ADS1118是一款超小型、低功耗、16位、Δ-Σ(ΔΣ)模数转换器(ADC)。
ADS1118由一个增益可调节的ΔΣADC内核、一个内部电压基准、一个时钟振荡器以及一个SPI组成。
该器件还是一款线性度较高的精确温度传感器。
这些特性旨在降低对于外部电路的需求并提高性能。
功能框图所示为ADS1118功能框图。
ADS1118ADC内核能够测量差分信号VIN，即V(AINP)与V(AINN)之间的电势差。
转换器内核由一个差分开关电容ΔΣ调制器及其后的数字滤波器组成。
此架构可使所有共模信号产生较大衰减。
输入信号与内部电压基准进行比较。
数字滤波器接收调制器传输的高速位流，输出与输入电压成正比的代码。
ADS1118提供两种转换模式：单次和连续转换模式。
在单次模式下，ADC根据要求对输入信号执行单次转换，而后将转换值存入内部转换寄存器。
器件随后进入断电状态。
对于仅需定期转换或在两次转换之间长时间处于空闲状态的系统，采用该模式可显著节约能耗。
在连续转换模式下，ADC在前一次转换结束后立即对输入信号进行自动转换。
连续转换速率等于通过编程设定的数据传输速率。
数据可以随时读取并且始终反映最近完成的转换。
9.2功能框图 DeviceMux AIN0 AIN1AIN2AIN3 VDDPGA VoltageReference 16-BitΔΣ ADC Oscillator SerialPeripheralInterface TemperatureSensor CSSCLKDINDOUT/DRDY GND 16 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.3特性描述 9.3.1多路复用器 ADS1118具备一个输入多路复用器(mux)，如图35所示。
四路单端或双路差分信号均可通过其进行测量。
此外，以AIN3为基准，可以对AIN0，AIN1，AIN2进行差分测量。
多路复用器通过配置寄存器中的MUX[2:0]位进行配置。
当测量单端信号时，ADC的负输入通过多路复用器中的开关在内部与GND相连。
VDD Device AIN0AIN1AIN2AIN3 GNDVDDVDDGNDGNDVDD AINPAINN GND 图35.输入多路复用器 GND 当测量单端输入时，该器件不会输出负代码。
负代码表示负差分信号，即(V(AINP)–V(AINN))<
0。
与VDD和GND 相连的静电放电(ESD)二极管保护ADS1118输入。
为了防止ESD二极管导通，所有输入的绝对电压必须处于公 式3给定的范围内。
GND–0.3V
另外，对ADS1118中未使用的输入进行过驱动可能影响其他引脚上当前正在进行的转换。
如果可能对未使用的输入进行过驱动，则使用外部肖特基二极管对信号进行钳位。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 17 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 特性描述(接下页) 9.3.2模拟输入 ADS1118采用开关电容输入级，通过对电容持续进行充电和放电测量AINP和AINN之间的电压。
此输入信号的采样频率称为采样频率或调制器频率(f(MOD))。
ADS1118具有一个频率为1MHz的内部振荡器。
对此频率进一步进行四分频可生成250kHz的调制器频率。
此输入级使用的电容较小，外部电路的平均负载呈阻性。
该结构如图36所示。
电阻值由电容值和开关频率决定。
图37给出了图36所示的开关设置。
在采样阶段，开关S1闭合。
在这种情况下，CA1的电压在充电后变为V(AINP)、CA2的电压在充电后变为V(AINN)、CB的电压在充电后变为(V(AINP)–V(AINN))。
在放电阶段，S1首先断开，之后S2闭合。
此后，CA1和CA2的电压在放电后降至约0.7V，而CB的电压在放电后降至0V。
对于驱动ADS1118模拟输入的电源，该充电过程在其中消耗的静态电流极小。
该电流的平均值可用于计算有效阻抗(Zeff)，其中Zeff=VIN/IAVERAGE。
0.7V AINPS1 S1AINN CA1 S2CB S2 CA2 0.7V EquivalentCircuit 0.7Vf(MOD)=250kHz AINPAINN ZCMZDIFFZCM 0.7V 图36.简化的模拟输入电路 ONS1 OFF ONS2 OFF tSAMPLE 图37.S1和S2的开关时序 通过将共模信号施加到短接的AINP和AINN输入并测量各引脚的平均流耗，可计算共模输入阻抗。
共模输入阻抗根据满量程范围发生变化，在默认满量程范围内约为6MΩ。
图36中的共模输入阻抗为ZCM。
通过将差分信号施加到AINP和AINN输入，其中一个输入保持为0.7V，可测量差分输入阻抗。
流经连接0.7V电压的引脚的电流为差分电流，该电流随满量程范围进行调节。
图36中的差分输入阻抗为ZDIFF。
确保考虑输入阻抗的典型值。
除非输入源的阻抗较低，否则ADS1118输入阻抗可能影响测量精度。
对于输出阻抗较高的电源，有必要进行缓冲。
有源缓冲器会在引入噪声的同时引入偏移和增益误差。
高精度应用需要密切关注上述因素。
时钟振荡器频率随温度变化会产生轻微漂移。
因此，输入阻抗也会发生漂移。
对于多数应用而言，该输入阻抗漂移可以忽略不计。
18 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 特性描述(接下页)9.3.3满量程范围(FSR)和最低有效位(LSB)大小 ADS1118ΔΣ内核前实现了一个可编程增益放大器(PGA)。
满量程范围由配置寄存器中的三位(PGA[2:0])进行配置，可以分别设置为±6.144V、±4.096V、±2.048V、±1.024V、±0.512V、±0.256V。
表3给出了FSR和相应LSB的大小。
借助公式4中给出的公式，可根据满量程电压计算LSB大小。
然而，模拟输入电压不得超过电气特性中给出的模拟输入电压限值。
如果使用的VDD的电源电压大于4V，±6.144V满量程范围可将输入电压扩展至电源电压。
注意，即使在这种情况下，或电源电压小于满量程范围（例如，VDD=3.3V，满量程范围=±4.096V）时，不能得到满量程ADC输出编码。
这意味着一些动态范围丢失。
LSB=FSR/216
(4) 表
3.满量程范围和相应LSB的大小 FSR±6.144V
(1)±4.096V
(1)±2.048V±1.024V±0.512V±0.256V LSB大小187.5μV125μV62.5μV31.25μV15.625μV7.8125μ
V 9.3.4电压基准
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V。
ADS1118具有集成的电压基准。
此器件不使用外部基准。
增益误差和电气特性中的增益漂移规范包含与初始电压基准精度相关的误差和伴随温度的基准漂移。
9.3.5振荡器 ADS1118具有一个运行在1MHz频率的集成振荡器。
操作此器件不需要外部时钟。
要注意内部振荡器随温度和时间漂移。
输出数据速率随振荡器频率成比例缩放。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 19 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.3.6温度传感器 ADS1118具有一个集成的高精度温度传感器。
通过在配置寄存器中设置位TS_MODE=1启用温度传感器模式。
温度数据以14位结果呈现，与16位转换结果左对齐。
数据从最高有效字节(MSB)开始输出。
当读取这两个数据字节，前14位用来指定温度测量结果。
一个14位LSB等于0.03125°
C。
负数以二进制补码形式表示，如表4所示。
温度(°C)128 127.968751007550250.25 0.031250 –0.25–25-40 表4.14位温度数据格式 数字输出（二进制）010000000000000011111111111100110010000000001001011000000001100100000000001100100000000000000010000000000000000100000000000000111111111110001111001110000011101100000000 十六进制10000FFF0C800960064003200008000100003FF83CE03B00 9.3.6.1由温度转换为数字代码 对于正温度： 对正数不执行补码操作。
因此，只需将数字转换为采用左对齐格式的14位二进制编码，MSB=0表示正号。
示例：50°C/（0.03125°C/总数）=1600=0640h=00011001000000 对于负温度： 通过对二进制数的绝对值进行取反操作再加1的方式生成负数的二进制补码。
然后用MSB=1表示负号。
示例：|–25°C|/（0.03125°C/总数）=800=0320h=00001100100000二进制补码格式：11110011011111+1=11110011100000 9.3.6.2由数字代码转换为温度 要将数字代码转换为温度，首先需要检查MSB是“0”还是“1”。
如果MSB为“0”，将十进制代码乘以0.03125°C即可获得结果。
如果MSB=
1，则将结果减“1”后对各位取补码。
之后将结果乘以–0.03125°
C。
示例：器件回读0960h-0960h的MSB=
0。
0960h×0.03125°C=2400×0.03125°C=75°
C 示例：器件回读3CE0h-3CE0h的MSB=
1。
减1后对结果取补码：3CE0h→0320h0320h×(–0.03125°C)=800×(–0.03125°C)=–25°
C 20 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.4器件功能模式 9.4.1复位和上电 ADS1118在上电时会执行复位。
作为复位过程的一部分，ADS1118将配置寄存器中的每一位置为对应的默认设置。
在默认情况下，ADS1118在启动时进入断电状态。
器件接口和数字模块处于激活状态，但不执行数据转换。
在上电过程中，ADS1118的初始断电状态能够削弱浪涌电流对于电源要求严格的系统的影响。
9.4.2工作模式 ADS1118具备以下两种工作模式：连续转换模式或单次转换模式。
通过配置寄存器中的MODE位可选择相应工作模式。
9.4.2.1单次转换模式与断电 当配置寄存器中的MODE位置
1，ADS1118进入断电状态并以单次转换模式工作。
首次施加电源时，ADS1118的默认状态为断电状态。
尽管处于断电状态，该器件仍能对命令做出响应。
ADS1118将保持此断电状态直至配置寄存器中的单次(SS)位写入
1。
当SS位置为有效，该器件上电，SS位复位为
0，启动一次单次转换。
当转换数据准备就绪，可以进行获取时，器件再次断电。
如果当前进行的转换无效，向SS位写入
1。
要切换至连续转换模式，向配置寄存器中的MODE位写入
0。
9.4.2.2连续转换模式 在连续转换模式下（MODE位置为0），ADS1118执行连续转换。
转换完成后，ADS1118将结果放置于转换寄存器并立即开始下一次转换。
要切换至单次模式，向配置寄存器中的MODE位写入1或复位该器件。
9.4.3低功耗状态的占空比 当输出传输数据速率降低时，由于获取一个转换结果需要对内部调制器的更多样本求取平均值，因此ΔΣADC的噪声性能通常有所提高。
在功耗要求严格的应用中，无需改善低数据传输速率下的噪声性能。
对于此类应用，ADS1118在实际较低的速率下周期性请求高数据传输速率读数的方式支持可显著节能的占空比。
例如，处于断电状态且数据传输速率设置为860SPS的ADS1118可通过一个每125ms(8SPS)指示一次单次转换的微控制器控制运行。
由于速率为860SPS的转换仅耗时约1.2ms，ADS1118在剩余的123.8ms内保持断电状态。
在该配置下，ADS1118消耗的功率约为连续转换模式下的1/100。
占空比速率是由主控制器定义的完全任意值。
ADS1118可提供不实施占空比的低数据传输速率并可根据需要提供改善的噪声性能。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 21 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.5编程 9.5.1串行接口 兼容SPI的串行接口由四个信号（CS、SCLK、DIN和DOUT/DRDY）或三个信号（CS在这种情况下可能需要连接低电平）组成。
该接口用于读取转换数据、读写寄存器以及控制器件的工作。
9.5.2片选(CS) 片选引脚(CS)选择ADS1118进行SPI通信。
当多个器件共享同一总线时，该特性非常有用。
在串行通信过程中使CS保持低电平状态。
当CS置为高电平，串行接口复位，SCLK被忽略，DOUT/DRDY呈现高阻抗状态。
在该状态下，DOUT/DRDY不提供数据就绪指示。
当存在多个器件且必须监控DOUT/DRDY时，需要将CS周期性置为低电平。
此时，DOUT/DRDY引脚立即变为高电平以指示没有可用的新数据或立即变为低电平以指示转换寄存器中存在可以传输的新数据。
新数据可随时传输，无需担心数据损坏。
传输开始后，当前结果在输出移位寄存器中锁存并在通信完成前不发生改变。
该系统能够避免数据损坏。
9.5.3串行时钟(SCLK) 串行时钟(SCLK)具有施密特触发输入特性，用于使DIN和DOUT/DRDY引脚中的时钟数据进出ADS1118。
尽管输入存在迟滞，TI建议尽量使SCLK保持干净，以防因数据转换意外而产生毛刺脉冲。
如果SCLK保持低电平28ms，串行接口复位，下一SCLK脉冲启动一个新的通信周期。
当串行接口传输中断时，可利用此超时特性恢复通信。
当串行接口处于空闲状态时，SCLK保持低电平。
9.5.4数据输入(DIN) 数据输入引脚(DIN)与SCLK共同用于向ADS1118发送数据。
该器件在SCLK下降沿锁存DIN中的数据。
ADS1118从不驱动DIN引脚。
9.5.5数据输出与数据就绪(DOUT/DRDY) 数据输出和数据就绪引脚(DOUT/DRDY)与SCLK搭配使用，共同读取ADS1118中的转换和寄存器数据。
在SCLK上升沿中，DOUT/DRDY中的数据移出。
DOUT/DRDY还用于指示转换完成以及新数据可用。
当新数据准备就绪并可供检索时，该引脚转换为低电平。
DOUT/DRDY还能够触发微控制器读取ADS1118中的数据。
在连续转换模式下，如果未从器件检索到任何数据，DOUT/DRDY在下一数据就绪信号之前的8µs内保持高电平（DOUT/DRDY置为低电平）。
该转换过程如图38所示。
数据传输必须在DOUT/DRDY返回高电平前完成。
CS
(1) SCLK Hi-
Z 8µs DOUT/DRDY DIN
(1)CS可能保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图38.DOUT/DRDY在连续转换模式下不进行数据获取时的行为 当CS处于高电平时，DOUT/DRDY默认配置一个内部弱上拉电阻。
该特性可降低DOUT/DRDY在中间电压附近发生悬空以及在主器件中引发泄漏电流的风险。
将配置寄存器中的PULL_UP_EN位置为0以禁用此上拉电阻并将器件置为高阻抗状态。
22 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 编程(接下页)9.5.6数据格式 ADS1118以二进制补码格式提供16位数据。
正满量程输入时，输出代码7FFFh，负满量程输入时，输出代码8000h。
输出在这些信号编码处针对超出满量程范围的信号进行削波。
表5总结了不同输入信号的理想输出代码。
图39显示了代码转换与输入电压间的关系。
表
5.输入信号与理想输出代码的关系 输入信号，VIN(AINP–AINN)≥+FS(215–1)/215 +FS/215 0–FS/215 ≤–FS 理想输出代码
(1) 7FFFh0001h 0FFFFh8000h
(1)排除噪声、INL、偏移和增益误差的影响。
¼ 0x7FFF0x7FFE 0x00010x00000xFFFF OutputCode ¼ 0x80010x8000 -FS ¼0¼ FS InputVoltage(AINP-AINN) 215-
1 215-
1 -FS215 FS215 图39.ADS1118代码转换图 9.5.7获取数据 在单次转换模式和连续转换模式下，ADS1118均以相同方式写入或读取数据，无需发出任何命令。
ADS1118的工作模式通过配置寄存器中的MODE位进行选择。
将MODE位置为0可使器件在连续转换模式下工作。
在连续转换模式下，器件连续启动新的转换，即使CS处于高电平也是如此。
将MODE位置为1可启动单次转换模式。
在单次转换模式下，只有向SS位写入1时才会启动新的转换。
始终对转换数据进行缓冲并在新转换数据替换前始终保留当前数据。
因此，可随时读取数据，无需担心数据损坏。
当DOUT/DRDY置为低电平时，指示新转换数据已就绪，可通过移出DOUT/DRDY中的数据进行读取。
DOUT/DRDY中数据的MSB(bit15)在第一个SCLK上升沿随时钟移出。
在转换结果随时钟移出DOUT/DRDY的同时，新配置寄存器数据在SCLK下降沿锁存至DIN中。
ADS1118还可以在同一数据传输周期内直接回读配置寄存器设置。
完整的数据传输周期由32位（使用配置寄存器数据回读）或16位（仅在CS线路受控且永久置为低电平时使用）组成。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 23 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.5.7.132位数据传输周期 32位数据传输周期中的数据由四个字节组成：两字节用于转换结果，另外两字节用于配置寄存器回读。
该器件始终首先读取MSB。
如图40所示，同一配置寄存器设置在一个传输周期内写入两次。
如果条件允许，可在前半个传输周期写入配置寄存器设置一次，然后在后半个传输周期使DIN引脚保持低电平（如图41所示）或高电平。
如果无需更新配置寄存器，则在整个传输周期内使DIN引脚保持低电平或高电平。
在32位传输周期的前两个字节写入的配置寄存器设置在同一周期的后两个字节进行回读。
CS
(1)SCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 17 25 DATAMSBDATALSBCONFIGMSBCONFIGLSB NextDataReady DIN CONFIGMSBCONFIGLSBCONFIGMSBCONFIGLSB
(1)如果ADS1118不与其他器件共享串行总线，则CS可始终保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图40.具有配置寄存器回读功能的32位数据传输周期 CS
(1)SCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 17 25 DATAMSBDATALSBCONFIGMSBCONFIGLSB NextDataReady DIN CONFIGMSBCONFIGLSB
(1)如果ADS1118不与其他器件共享串行总线，则CS可始终保持低电平。
如果CS处于低电平，则DOUT/DRDY置为低电平以指示新数据可用。
图41.32位数据传输周期：DIN保持低电平 9.5.7.216位数据传输周期 如果配置寄存器数据无需回读，则ADS1118转换数据也可在16位短数据传输周期中随时钟移出，如图42所示。
因此，在第16个SCLK周期后，CS必须置为高电平。
将CS置为高电平会复位SPI接口。
当CS下一次置为低电平时，使用当前缓冲的转换结果在SCLK上升沿启动数据传输。
如果DOUT/DRDY在数据获取启动时为低电平，则转换缓冲区已更新为最新结果。
否则，如果DOUT/DRDY处于高电平，读取前一传输周期中的相同结果。
CSSCLK Hi-ZDOUT/DRDY
1 9 DATAMSBDATALSB
1 9 DATAMSBDATALSB DIN CONFIGMSBCONFIGLSB CONFIGMSBCONFIGLSB 图42.16位数据传输周期 24 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 9.6寄存器映射 ADS1118具有两个寄存器，可通过SPI接口进行访问。
转换寄存器包含上一次转换的结果。
配置寄存器允许用户更改ADS1118的工作模式并查询器件状态。
9.6.1转换寄存器[复位=0000h] 该16位转换寄存器包含的上一次转换结果采用二进制补码格式。
转换寄存器在上电后清零并且在第一次转换完成前保持为“0”。
寄存器格式如图43所示。
图43.转换寄存器 15 14 13 D15 D14 D13 R-0h R-0h R-0h
7 6
5 D7 D6 D5 R-0h R-0h R-0h 图例：R/W
=读/写；R=只读；-n=复位后的值 12D12R-0h 4D4R-0h 11D11R-0h 3D3R-0h 10D10R-0h 2D2R-0h 9D9R-0h1D1R-0h 8D8R-0h0D0R-0h 位 字段 15:0D[15:0] 表
6.转换寄存器字段说明 类型 复位 描述
R 0000h 16位转换结果 9.6.2配置寄存器[复位=058Bh] 16位配置寄存器可用于控制ADS1118的工作模式、输入选择、数据传输速率、满量程范围以及温度传感器模式。
寄存器格式如图44所示。
图44.配置寄存器 15 14 13 SS MUX[2:0] R/W-0h R/W-0h
7 6
5 DR[2:0] R/W-4h 图例：R/W=读/写；R=只读；-n=复位后的值 12 11 4TS_MODE R/W-0h 3PULL_UP_EN R/W-1h 10
9 PGA[2:0] R/W-2h
2 1 NOP[1:0] R/W-1h 8MODER/W-1h 0保留R-1h 位 字段 15 SS 14:12MUX[2:0] 类型R/W R/W 复位0h 0h 表
7.配置寄存器字段说明 说明 单次转换启动该位用于启动单次转换。
仅当器件处于断电状态且对当前转换无效时，才能写入SS。
当写入：0=无效1=启动单次转换（处于断电状态）始终回读为“0”（默认）。
输入多路复用器配置这些位配置输入多路复用器。
000=AINP为AIN0且AINN为AIN1（默认）001=AINP为AIN0且AINN为AIN3010=AINP为AIN1且AINN为AIN3011=AINP为AIN2且AINN为AIN3100=AINP为AIN0且AINN为GND101=AINP为AIN1且AINN为GND110=AINP为AIN2且AINN为GND111=AINP为AIN3且AINN为GND 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 25 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 表
7.配置寄存器字段说明(接下页) 位 字段 类型 11:9PGA[2:0] R/W
8 MODE R/W 7:
5 DR[2:0] R/W
4 TS_MODE R/W
3 PULL_UP_ENR/W 2:
1 NOP[1:0] R/W
0 保留
R 复位2h1h4h0h1h1h1h 说明 可编程增益放大器配置这些位配置可编程增益放大器。
000=FSR为±6.144V(1)001=FSR为±4.096V(1)010=FSR为±2.048V（默认）011=FSR为±1.024V100=FSR为±0.512V101=FSR为±0.256V110=FSR为±0.256V111=FSR为±0.256V 器件工作模式该位控制ADS1118的工作模式。
0=连续转换模式1=断电并采用单次转换模式（默认） 数据传输速率这些位控制数据传输速率设置。
000=8SPS001=16SPS010=32SPS011=64SPS100=128SPS（默认）101=250SPS110=475SPS111=860SPS 温度传感器模式此位配置ADC转换温度或输入信号。
0=ADC模式（默认）1=温度传感器模式 上拉使能该位使能DOUT/DRDY引脚的内部弱上拉电阻（仅限CS处于高电平）。
使能后，400kΩ内部电阻将总线与电源相连。
禁用后，DOUT/DRDY引脚处于悬空状态。
0=禁用DOUT/DRDY引脚的上拉电阻1=使能DOUT/DRDY引脚的上拉电阻（默认） 无操作NOP[1:0]位控制数据是否写入配置寄存器。
对于需要写入配置寄存器的数据，NOP[1:0]位必须为“01”。
其他任何值均会产生NOP命令。
在SCLK脉冲期间，DIN可保持高电平或低电平，数据不会写入配置寄存器。
00=无效数据，不更新配置寄存器内容01=有效数据，更新配置寄存器（默认）10=无效数据，不更新配置寄存器内容11=无效数据，不更新配置寄存器内容 保留 始终写入1h回读0h或1h
(1)该参数表示ADC调节的满量程范围。
针对此器件施加的电压不得超过VDD+0.3V。
26 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 10应用和实施 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 注以下应用部分的信息不属于TI组件规范，TI不担保其准确性和完整性。
客户应负责确定TI组件是否适用于其应用。
客户应验证并测试其设计是否能够实现，以确保系统功能。
10.1应用信息ADS1118是一款16位精密ΔΣADC，其集成的多种特性能够简化温度传感器和桥式传感器等常见传感器的测量。
以下部分介绍了在各种情况下使用ADS1118的示例电路和建议。
10.1.1串行接口连接ADS1118串行接口的连接原理如图45所示。
MicrocontrollerorMicroprocessor withSPIPort DOUTDIN CSSCLK 50W50W50W50W Device 10 DIN 1SCLKDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 VDD0.1µ
F InputsSelectedfromConfiguration Register 图45.ADS1118的典型连接 多数微控制器SPI外设可与ADS1118搭配工作。
该接口在SPI模式1下工作，其中CPOL=0且CPHA=
1。
在SPI模式1下，SCLK在空闲状态下保持低电平并且数据仅在SCLK上升沿进行传输或更改；主器件和从器件在SCLK下降沿锁存或读取数据。
有关ADS1118采用的SPI通信协议的详细信息，请参见时序要求：串行接口部分。
建议为串联线路中的每个数字引脚连接一个50Ω电阻，以提供短路保护。
请务必注意始终满足全部SPI时序要求，原因是这些附加串联电阻连同数字信号线路中的总线寄生电容会使信号发生转换。
ADS1118的全差分输入适用于与源阻抗较低的差分源（例如热电偶和热敏电阻）相连。
尽管ADS1118可读取全差分信号，但由于各引脚配有ESD保护二极管，该器件的所有引脚均无法接受负电压。
当输入超出电源电压或低于接地电压，这些二极管导通以防器件受到ESD损害。
10.1.2用于通信的GPIO端口 多数微控制器具有可编程输入/输出(I/O)引脚，这些引脚可在软件中进行设置，以用于输入或输出。
如果SPI微控制器不可用，ADS1118可与GPIO引脚相连并且能够模拟SPI总线协议。
使用GPIO引脚生成SPI接口仅需将引脚配置为推挽式输入或输出。
此外，如果SCLK线路保持低电平的时间超过28ms，则通信超时。
这意味着GPIO端口必须提供间隔不超过28ms的SCLK脉冲。
10.1.3模拟输入滤波 模拟输入滤波具有两种用途：首先限制采样过程中混叠的影响；其次降低进入测量的外部噪声。
版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 27 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页) 与其他采样系统类似，如果不进行适当的抗混叠滤波，将发生混叠。
如果输入信号的频率分量高于ADC采样频率的一半（也称为奈奎斯特频率），将发生混叠。
这些频率分量发生折返并在实际所关注的频带中显示为小于采样频率的一半。
数字滤波器的滤波响应在采样频率的整数倍处重复，也称为调制器频率(f(MOD))，如图46所示。
频率高达一定值的信号或噪声（滤波器响应在该频率下发生重复）会在数字滤波器的作用下发生一定程度的衰减，具体取决于滤波器结构。
除非由外部模拟滤波器进行衰减，否则频率约为调制器频率或其倍数的输入信号中出现的任何频率分量均不会发生衰减并混叠回到所关注频带。
Magnitude SensorSignal UnwantedSignals UnwantedSignals OutputDataRate Magnitude DigitalFilter f(MOD)/2 AliasingofUnwantedSignals f(MOD)Frequency OutputDataRate Magnitude f(MOD)/2 ExternalAntialiasingFilter Roll-Off f(MOD)Frequency OutputDataRate f(MOD)/2 图46.混叠的影响 f(MOD)Frequency 许多传感器信号本身的带宽受限。
例如，热电偶输出的变化率受限。
在这种情况下，当使用ΔΣADC时，传感器信号不会混叠回通频带。
然而，针对传感器接线或应用电路的噪声拾取可能在通频带中混叠。
电源线路周期频率和谐波是常见噪声源。
电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI)源（例如附近的电机和手机）也会产生外部噪声。
另一类噪声源通常以时钟或数字信号形式在印刷电路板(PCB)中呈现。
模拟输入滤波有助于移除意外出现的信号，防止其影响测量结果。
一阶阻容(RC)滤波器（在大多数情况下）足以完全消除混叠或将混叠的影响降至传感器噪底范围内的某一水平。
在理想情况下，频率超过f(MOD)/2的所有信号均会衰减至ADC噪底范围内的某一水平。
ADS1118的数字滤波器可在一定程度上使信号发生衰减，如图34所示。
此外，噪声分量的幅值通常小于实际传感器信号的幅值。
因此，系统设计最初通常选择截止频率设置为与输出数据传输速率相等或是其10倍的一阶RC滤波器。
28 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页)10.1.4单端输入 虽然ADS1118具有两个差分输入，但该器件可测量四个单端信号。
图47所示为单端连接图。
通过将MUX配置为相对于接地端测量每条通道的方式，可配置ADS1118进行单端测量。
此后，根据配置寄存器中的选择读取一个输入中的数据。
单端信号的范围为0V至正电源电压或+FS中较低的一个。
由于ADS1118只接受相对于接地端的正电压，因此不得对该电路施加负电压。
ADS1118在输入范围内不会丢失线性度。
ADS1118提供范围为±FS的差分输入电压。
然而，图47所示的单端电路仅使用ADS1118FS输入电压范围的一半，原因是不会产生差分负输入。
由于仅使用FS范围的一半，因此会损失一位分辨率。
为获得最优噪声性能，TI建议尽可能采用差分配置。
差分配置可最大限度地提升ADC的动态范围并使共模噪声发生显著衰减。
VDD Device 1SCLK2CS3GND4AIN0 10DINDOUT/DRDY9 VDD8 AIN37 AIN15 AIN26 0.1µ
F InputsSelectedfromConfigurationRegister 注：为了便于说明，忽略数字引脚连接。
图47.测量单端输入 通过调整多路复用器配置，ADS1118还被设计用于支持AIN3作为公共测量点。
以AIN3为基准可测量AIN0、AIN1和AIN2。
在此配置中，ADS1118与输入搭配工作，AIN3用作公共点。
该性能改善了采用单端配置的可用范围，原因是当GND
在默认情况下，当CS针对ADS1118变为高电平时，DOUT/DRDY通过一个弱上拉电阻上拉至VDD。
该特性旨在防止DOUT/DRDY在中间轨附近发生悬空而导致微控制器输入漏电流过大。
如果配置寄存器中的PULL_UP_EN位置“0”，DOUT/DRDY引脚在CS转换为高电平时进入三态模式。
ADS1118不能在DOUT/DRDY上发出数据就绪脉冲（条件是CS处于高电平）。
当使用多个器件时，为了评估ADS1118的新转换何时就绪，主器件将CS周期性下拉至ADS1118。
当CS变为低电平，DOUT/DRDY引脚立即驱动为高电平或低电平。
如果DOUT/DRDY线路在CS处于低电平时驱动为低电平，当前的新数据可随时随时钟移出。
如果DOUT/DRDY线路驱动为高电平，则新数据不可用且ADS1118返回最后一次读取的转换结果。
ADS1118中的有效数据可随时进行获取，无需担心数据损坏。
如果在数据传输过程中提供最新转换，则该转换在新SPI传输启动后才能回读。
MicrocontrollerorMicroprocessor SCLKDIN DOUTCS1CS2 50W50W50W50W50W Device 10DIN 1SCLKDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 注：为了便于说明，忽略电源和输入连接。
Device1SCLK 10DINDOUT/DRDY9 2CS VDD8 3GND AIN37 4AIN0 AIN15 AIN26 图48.连接多个ADS1118 30 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 应用信息(接下页)10.1.6伪代码示例 图49的流程图给出了伪代码序列以及在器件与微控制器之间建立通信以对ADS1118进行后续读数所需的步骤。
例如，已更改配置寄存器的默认设置，从而将器件设置为FSR=±0.512V、连续转换模式和64SPS数据传输速率。
INITIALIZE DATACAPTURE POWERDOWN Power-up;Waitforsuppliestosettletonominaltoensurepower-upresetplete; Waitfor50µs ConfiguremicrocontrollerSPIinterfacetoSPImode1(CPOL=
0,CPHA=1); IftheCSpinisnottiedlowpermanently,configurethemicrocontrollerGPIOconnected toCSasanoutput;ConfigurethemicrocontrollerGPIOconnected totheDRDYpinasafallingedgetriggeredinterruptinput; SetCStothedevicelow;Delayforminimumtd(CSSC) WritetheconfigregistertosetthedevicetoFSR=±0.512V,continuousconversionmode,datarate=64SPS WaitforDOUT/DRDYtotransition low NO YES TakeCSlow Delayforminimumtd(CSSC) ReadoutconversionresultandclearCStohighbeforeDOUT/DRDYgoeslowagain TakeCSlow Delayforminimumtd(CSSC) SetMODEbitinconfigregisterto'1'toenterpower-downandsingle-shot mode ClearCStohigh ClearCStohightoresettheserialinterface 图49.伪代码示例流程图 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated 31 ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 10.2典型应用图50给出了双通道独立热电偶测量系统使用内部高精度温度传感器进行冷端补偿时的基本连接。
除了热电偶之外，外部电路仅需偏置电阻、一阶低通抗混叠滤波器和电源去耦合电容。
3.3V 3.3VRPU1M RPD1M GND RDIFFA500 RDIFFB500 CCMA0.1F AIN0 1FAIN1 CCMB0.1F GND3.3VRPU1M RPD1M GNDGND RDIFFA500 RDIFFB500 CCMA0.1F AIN2 1FAIN3 CCMB0.1F 0.1F VDD±256-mVFSR VoltageReference Mux PGA 16-bitûADC ADS1118 DigitalFilterand Interface GND Oscillator TemperatureSensor SCLKCSDOUT/DRDYDIN 图50.双通道热电偶测量系统 10.2.1设计要求表8给出了该应用的设计参数。
10.2.2 表
8.设计参数 设计参数电源电压基准电压更新速率热电偶类型温度测量范围TA=25°C时的测量精度
(1)(1)具有偏移校准，但无增益校准。
测量不考虑热电偶误差。
详细设计流程 值3.3V内部≥100个读数/秒 K–200°C至+1250°
C ±0.7°
C 偏置电阻（RPU和RPD）具有两种用途。
第一种用途是将热电偶的共模电压设置在器件的特定电压范围内。
第二种用途是提供弱上拉和下拉，以检测开放式热电偶的引线。
当其中一条热电偶引线因发生故障而开路，正负输入将分别拉至VDD和GND。
因此，ADC读取超出热电偶电压正常测量范围的满量程值来指示这种故障状态。
当选择偏置电阻的阻值时，请务必注意避免偏置电流降低测量精度。
偏置电流流经热电偶会引起自发热并使热电偶引线之间产生额外压降。
偏置电阻的典型值范围为1MΩ至50MΩ。
尽管该器件的数字滤波器会使噪声的高频分量发生衰减，TI建议在输入处使用一阶无源RC滤波器进一步改善性 能。
由RDIFFA、RDIFFB和差分电容CDIFF组成的差分RC滤波器的截止频率与借助公式5的计算结果相同。
尽管ADS1118的数字滤波器能够使噪声的高频分量发生显著衰减，TI建议使用一阶无源RC滤波器进一步抑制高频噪 声并避免发生混叠。
选择滤波器电阻的阻值时必须小心谨慎，原因是流经器件的输入电流会导致电阻产生压降。
该 压降作为ADC输入的附加偏移误差而出现。
TI建议将滤波器电阻的阻值限制在1kΩ以下。
fC=1/[2π·(RDIFFA+RDIFFB)·CDIFF]
(5) 32 版权©2010–2015,TexasInstrumentsIncorporated ADS1118 ZHCSEE1E–OCTOBER2010–REVISEDOCTOBER2015 同时添加两个共模滤波电容（CCMA和CCMB）使高频共模噪声分量发生衰减。
TI建议差分电容CDIFF至少应比这些共模电容高出一个数量级(10x)，原因是共模电容不匹配会导致共模噪声转换为差分噪声。
当最高电势输入信号稍低于ADC的FSR时，所获得的测量分辨率最高。
根据设计要求，最高热电偶电压(VTC)在热电偶温度(TTC)为1250°C时出现。
在此温度下，美国国家标准技术研究所(NIST)出版的表格中定义VTC=50.644mV，此时的冷端温度(TCJ)为0°
C。
热电偶产生的输出电压与热电偶尖端和冷端温度之差成正比。
如果冷端温度低于0°
C，热电偶产生的电压高于50.644mV。
等温模块区域受到器件工作温度范围的限制。
因此，等温模块的温度限制为–40°
C。
K型热电偶在TTC=1250°C时产生的输出电压VTC=50.644mV–(–1.527mV)=52.171mV，其参考冷端温度为TCJ=–40°
C。
该器件的满量程范围为±0.256V，这也是本应用示例采用的满量程范围。
该器件集成了一个用于测量冷端温度的精密温度传感器。
配置寄存器中的TS_MODE位置1可启用温度传感器模式。
温度传感器的总体精度取决于ADS1118针对冷端的测量精度。
因此，为了设计精确的热电偶系统，组件的放置以及PCB的布局布线必须小心谨慎。
ADS1118评估模块提供了良好基础并且给出了实现优异冷端补偿性能的示例。
除了仅连接一条热电偶通道外，ADS1118评估模块使用的电路原理图与图50完全相同。
如需了解通过优化组件放置和布局布线实现冷端补偿性能的详细信息，请参见应用手册《使用ADS1118进行精密热电偶测量》，SBAA189。
冷端补偿有多种计算方法。
典型方法是在热电偶输入和温度传感器之间进行交错读数。
即获取一个片上温度结果TCJ（对于每个测得的热电偶ADC电压VTC均是如此）。
要考虑冷结点，首先将ADS1118中的温度传感器读数转换为与当前正在使用的热电偶电压成正比的电压(VCJ)。
该过程一般通过对热电偶电压至温度转换表执行反向查找来完成。
加入这两个电压将产生热电偶补偿电压(VActual)，其中VActual=VCJ+VTC。
此后，VActual根据同一NIST查找表转换为温度(TActual)。
图51给出了说明该过程的框图。
有关该方法的详细说明，请参见应用手册《使用ADS1118进行精密热电偶测量》，SBAA189。
Device ThermocoupleVTCVoltage On-chip TCJ Temperature MCU VCJ TÆ
V VActual VÆ
T TActual Result 图51.软件流程图 图52和图53给出了测量结果。
测量在TA=TCJ=25°C的条件下执行。
系统偏移校准在TTC=25°C下执行，该条件等同于VTC=0V（TCJ=25°C）。
测量过程中不执行增益校准。
图52中的数据是通过将精密电压源代替热电偶作为输入信号获得的。
图53中的黑色实线为相应温度下的测量误差。
这些误差借助NIST表并根据图52中的数据计算得出。
图53中的黑色实线表示ADC增益及非线性误差引起的测量误差。
除了包含器件增益和非线性误差外，图53中的蓝色虚线还包括温度传感器误差(±0.5°C)的保护带。
请注意，图52和图53中的测量结果不考虑在热电偶测量系统设计过程中必须考虑的热电偶误差。
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