ADS1115数据手册中文翻译
9.3功能说明
9.3.1多路复用器
9.3.2模拟输入
9.3.3满量程（FSR）和LSB大小
9.3.4参考电压
9.3.5振荡器
9.3.6数字比较器（仅ADS1114和ADS1115）
9.3.7转换就绪引脚（仅适用于ADS1114和ADS1115）
9.3.8 SMbus警报响应
9.4设备功能模式
9.4.1复位和上电
9.4.2操作模式
9.4.3低功耗的Duty Cycling
9.5编程
9.5.1 I2C接口
9.5.2从模式操作
9.5.3写入和读取寄存器
9.5.4数据格式
9.6Register Map
9.6.1地址指针寄存器（地址= N / A）[reset = N / A]
9.6.2转换寄存器（P [1：0] = 0h）[reset = 0000h]
9.6.3配置寄存器（P [1：0] = 1h）[reset = 8583h]
9.6.4 Lo_thresh（P [1：0] = 2h）[reset = 8000h]和Hi_thresh（P [1：0] = 3h）[reset = 7FFFh]
10应用与实施
10.1申请信息
10.1.1基本连接
10.1.2单端输入
10.1.3输入保护
10.1.4未使用的输入和输出
10.1.5模拟输入滤波
10.1.6连接多个设备
10.1.7快速入门指南
9.3功能说明
9.3.1多路复用器
ADS1115包含输入多路复用器（MUX），如图25所示。可以测量四个单端或两路差分信号。另外，AIN0和AIN1可以与AIN3差分测量。多路复用器由Config寄存器中的MUX [2：0]位组成。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。
ADS1113和ADS1114没有输入多路复用器，可以测量一个差分信号或一个单端信号。对于单端测量，将AIN1引脚连接到外部。在本数据手册的后续章节中，AINP指的是AIN0，AINN是指ADS1113和ADS1114的AIN1。测量单端输入时，器件不输出负码。这些负码表示负差分信号?即（V（AINP）-V（AINN））<0.静电放电（ESD）二极管到VDD和GND保护ADS111x输入。为了防止ESD二极管导通，将绝对电压保持在等式3给出的范围内的任何输入上。
GND - 0.3 V 如果输入引脚上的电压可能会违反这些条件，请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（参见绝对最大额定值表）。 9.3.2模拟输入 ADS111x使用开关电容输入级，其中电容器连续充电，然后放电以测量AINP和AINN之间的电压。输入信号采样频率称为采样频率或调制频率（fMOD）。 ADS111x具有1MHz的内部振荡器，进一步被分解为4，以便产生250 kHz的fMOD。在这个输入级使用的电容很小，对于外部电路，平均负载看起来是阻性的。该结构如图26所示 电阻由电容值和切换速率决定。图27显示了图26所示开关的设置。在采样阶段，开关S1闭合。该事件将CA1到 V（AINP），CA2到V（AINN）和CB到（V（AINP）-V（AINN））。在放电阶段，首先打开S1，然后关闭S2。 CA1和CA2然后放电到大约0.7V，并且CB放电到0V。该充电从驱动ADS111x模拟输入的源起动非常小的瞬态电流。该电流的平均值可用于计算有效阻抗（Zeff），其中Zeff = VIN / IAVERAGE。 通过对短路AINP和AINN输入施加共模信号并测量每个引脚消耗的平均电流来测量共模输入阻抗。共模输入阻抗根据满量程范围而变化，但对于默认满量程范围大约为6MΩ。在图26中，共模输入阻抗为ZCM。 通过将差分信号施加到AINP和AINN输入，其中一个输入保持在0.7 V，测量差分输入阻抗。通过连接到0.7 V的引脚的电流是差分电流，并以满量程范围缩放。在图26中，差分输入阻抗为ZDIFF。 确保考虑输入阻抗的典型值。除非输入源具有低阻抗，否则ADS111x输入阻抗可能会影响测量精度。对于具有高输出阻抗的源，可能需要缓冲。有源缓冲器引入噪声，并引入偏移和增益误差。在高精度应用中考虑所有这些因素。 时钟振荡器频率随温度略微漂移?因此，输入阻抗也会漂移。对于大多数应用来说，这种输入阻抗漂移是可以忽略不计的，可以忽略。 9.3.3满量程（FSR）和LSB大小 可编程增益放大器（PGA）在ADS1114和ADS1115的ΔΣ内核之前实现。 满量程范围由Config寄存器中的PGA [2：0]位组成，可设置为±6.144 V，±4.096 V，±2.048 V，±1.024 V，±0.512 V，±0.256 V。表3 显示FSR与相应的LSB大小。 LSB大小由满量程电压通过公式4所示的公式计算。但是，模拟输入电压可能永远不会超过电气特性中给出的模拟输入电压限制。 如果使用VDD大于4 V的电源电压，±6.144 V满量程范围允许输入电压延长至电源电压。 尽管在这种情况下（或每当电源电压小于满量程范围时?例如，VDD = 3.3 V，满量程范围=±4.096 9.3.4参考电压 ADS111x具有集成的参考电压。这些设备不能使用外部参考。与初始电压基准精度和基准温度偏差相关的误差包括在电气特性表中的增益误差和增益漂移规格中。 9.3.5振荡器 ADS111x具有1 MHz的集成振荡器。没有外部时钟可用于操作这些设备。内部振荡器在温度和时间上漂移。输出数据速率与振荡器频率成正比。 9.3.6数字比较器（仅ADS1114和ADS1115） ADS1115和ADS1114具有可编程数字比较器，可在ALERT / RDY引脚上发出警报。 Config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。在传统的比较器模式下，当转换数据超过高阈值寄存器（Hi_thresh）中设置的限制时，ALERT / RDY引脚置位（默认为低电平有效）。只有当转换数据低于低阈值寄存器（Lo_thresh）中设置的限制值时，比较器才会置低。在窗口比较器模式下，当转换数据超过Hi_thresh寄存器或低于Lo_thresh寄存器值时，ALERT / RDY引脚置位。 在任一窗口或传统比较器模式下，比较器可以配置为在Config寄存器中的COMP_LAT位置位后进行锁存。即使输入信号不超过阈值寄存器的范围，该设置也会导致断言保持。该锁存的断言只能通过发出SMBus警报响应或读取转换寄存器来清除。 ALERT / RDY引脚可以通过Config寄存器中的COMP_POL位配置为高电平有效或低电平有效。两种比较器模式的工作原理图如图28所示。 只有在连续读数的设定数超过阈值寄存器（Hi_thresh 和Lo_thresh ）中设置的阈值后，比较器才能配置为激活ALERT /RDY 引脚。配置寄存器中的COMP_QUE [1：0]位配置比较器在激活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]位也可以禁用 比较器功能，并将ALERT / RDY 引脚置于高电平状态。 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，以将引脚用作转换就绪引脚。 COMP_POL 位继续按预期运行。 将COMP_QUE [1：0]位设置为除11之外的任何2位值，以保持ALERT / RDY 引脚有效，并允许转换就绪信号出现在ALERT / RDY 引脚输出。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 继续需要一个上拉电阻。 ADS111x 在连续转换模式下每次转换结束时，在ALERT / RDY 引脚上提供大约8μs 的转换就绪脉冲，如图29所示。在单次模式下， ALERT / RDY 引脚在 如果COMP_POL 位设置为0，则转换结束。 在锁存比较器模式（COMP_LAT = 1）中，当比较器检测到超过上限或下限阈值的转换时，ALERT / RDY 引脚被置位。该断言被锁存，只能通过读取转换数据或通过发出成功的SMBus 警报响应并读取断言设备I2C 来清除 地址。如果转换数据在清除后超过上限或下限阈值，则引脚重新发送。 此断言不会影响已在进行的转化。 ALERT / RDY 引脚是漏极开路输出。该架构允许多个设备共享相同的接口总线。禁用时，引脚保持高电平状态，使引脚不会干扰同一总线上的其他器件。 当主机检测到ALERT / RDY 引脚已锁存时，主器件发出SMBus 警报命令 （00011001）到I2C 总线。具有ALERT / RDY 引脚的I2C 总线上的任何ADS1114和ADS1115数据转换器都会响应来自从地址的命令。如果I2C 总线上有多个ADS111x 断言锁存的ALERT / RDY 引脚，则SMBus 警报的地址响应部分中的仲 9.3.7转换就绪引脚（仅适用于ADS1114和ADS1115） 9.3.8 SMbus 警报响应 裁决定 哪个设备清除断言。具有最低I2C地址的器件总是赢得仲裁。如果设备丢失仲裁，设备不会清除比较器输出引脚断言。然后，主机重复SMBus警报响应，直到所有设备都清除相应的断言。在窗口比较器模式下，如果信号超过高阈值，则SMBus警报状态位指示1，如果信号超过低阈值，则为0。 9.4设备功能模式 9.4.1复位和上电 ADS111x在上电时复位，并将Config寄存器中的所有位都设置为相应的默认设置。完成复位后，ADS111x进入掉电状态。器件接口和数字模块处于活动状态，但不进行数据转换。 ADS111x的初始掉电状态可以使电源供应紧张的系统在上电过程中遇到浪涌。 ADS111x响应I2C通用调用命令。当ADS111x接收到一般的呼叫复位命令时，就像设备上电一样，执行内部复位。 9.4.2操作模式 ADS111x以两种模式之一运行：连续转换或单次拍摄。 Config寄存器中的MODE位选择相应的工作模式。 9.4.2.1单次模式 当Config寄存器中的MODE位设置为1时，ADS111x进入掉电状态，并以单次模式运行。此电源关闭状态是首次应用电源时ADS111x的默认状态。虽然掉电，但设备仍然响应命令。 ADS111x保持在掉电状态 直到1被写入Config寄存器中的操作状态（OS）位。当OS位被置位时，器件将在25μs内上电，将OS位复位为0，并开始一次转换。当转换数据准备好检索时，设备再次掉电。在进行转换时将1写入OS位没有任何效果。要切换到连续转换模式，请向Config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（MODE位设置为0）中，ADS111x连续执行转换。转换完成后，ADS111x将结果放在转换寄存器中，并立即开始另一次转换。要切换到单次模式，请将1写入Config寄存器中的MODE位或复位器件。 9.4.3低功耗的Duty Cycling 当降低输出数据速率时，ΔΣADC的噪声性能通常会得到改善，因为内部调制器的更多样本被平均以产生一个转换结果。在功耗很重要的应用中，可能不需要在低数据速率下提高噪声性能。对于这些应用，ADS111x支持负载循环，通过以有效较低的数据速率周期性地请求高数据速率读数，可以显着节省功耗。例如，具有数据速率设置为860 SPS的掉电状态的ADS111x可以由指令每125ms（8 SPS）进行单次转换的微控制器来操作。 860 SPS的转换只需约1.2 ms，因此ADS111x在剩余的123.8 ms内进入掉电状态。在此配置中，ADS111x消耗大约是连续转换模式下消耗的功率的1/100。占空比是完全任意的，由主控制器定义。 ADS111x提供的数据速率较低，不实现负载循环，并且如果需要，还可提供改进的噪声性能。 9.5编程 9.5.1 I2C接口 ADS111x通过I2C接口进行通信。 I2C是一个双线开漏接口，可在单个总线上支持多个器件和主器件。 I2C总线上的器件只通过将总线连接到地来驱动总线?设备从不将总线驱动高电平。而是通过上拉电阻将母线拉高，因此当没有器件驱动低电平时，母线总是很高。作为此配置的结果，两个设备不能冲突。如果两台设备同时驱动总线，那就没有驱动因素。 I2C总线上的通信总是发生在两个器件之间，一个作为主器件，另一个用作从器件。主机和从机都可以读写，但从机只能在主机的指导下进行。一些I2C器件可以作为主器件或从器件，但ADS111x只能作为从器件。 I2C总线由两条线组成：SDA和SCL。 SDA携带数据? SCL提供时钟。所有数据通过I2C总线以8位传输。要在I2C总线上发送一个位，在SCL为低电平时将SDA线驱动到适当的电平（SDA上的低电平表示该位为零?高电平表示该位为1）。 SDA线稳定后，SCL线为高电平，然后为低电平。 SCL上的脉冲将SDA位时钟转换为接收器移位寄存器。如果I2C总线保持空闲超过25 ms，则总线超时。 I2C总线是双向的?也就是说，SDA线用于发送和接收数据。从主机读取主机时，从机驱动数据线?当主器件发送到从器件时，主器件驱动数据线。主人总是驱动时钟线。 ADS111x不能作为主机，因此无法驱动SCL。 大多数时候bus空闲?没有通信发生，两条线都很高。当通信发生时，总线被激活。只有主设备可以开始通信并在总线上启动START条件。通常，数据线只允许在时钟线为低电平时改变状态。如果数据线在时钟线为高电平时改变状态，则它是START条件或STOP条件。当时钟线为高电平，数据线从高电平变为低电平时，发生START条件。当时钟线为高电平，数据线从低电平变为高电平时，发生STOP条件。 主机发出START条件后，主机发送一个指示与哪个从设备进行通信的字节。该字节称为地址字节。 I2C总线上的每个器件都有一个唯一的7位地址。主机在地址字节中发送一个地址，以及指示主机是希望从从设备读取还是写入从设备的位。 在I2C总线上发送的每个字节（地址和数据）都被应答位确认。当主器件完成向从器件发送一个字节（八个数据位）时，主器件停止驱动SDA，并等待从器件确认该字节。从机通过将SDA拉低来确认字节。然后，主器件发送一个时钟脉冲来对应答位进行时钟。类似地，当主器件完成读取一个字节时，主器件将SDA拉低，以确认从器件的完成。然后，主机发送一个时钟脉冲来计时。该 主人总是驱动时钟线。 如果总线上不存在设备，并且主设备尝试对其进行寻址，则会收到不应答，因为该地址上没有设备将线路拉低。通过在确认周期内将SDA置为高电平来执行不应答。 当主机与从站完成通信后，可能会发出STOP条件。当发出STOP条件时，总线再次变为空闲状态。主人也可能发出另一个START条件。当总线有效时发出START条件时，称为重复启动条件。 定时要求部分显示了ADS111x I2C通信的时序图。 9.5.1.1 I2C地址选择 ADS111x有一个地址引脚ADDR配置器件的I2C地址。 该引脚可以连接到GND，VDD，SDA或SCL，允许使用一个引脚选择四个不同的地址，如表4所示。地址引脚ADDR的状态是连续采样的。 首先使用GND，VDD和SCL地址。 如果使用SDA作为器件地址，则在SCL线变为低电平后至少保持SDA线至少100 ns，以确保器件在I2C通信期间正确解码 地址。 9.5.1.2 I2C通用呼叫 如果第八位为0，则ADS111x响应I2C通用呼叫地址（0000000）。设备确认通用呼叫地址并响应第二个字节中的命令。如果第二个字节为00000110（06h），则ADS111x复位内部寄存器并进入掉电状态。 9.5.1.3 I2C速度模式 I2C总线以三种速度之一工作。标准模式允许时钟频率高达100 kHz?快速模式允许时钟频率高达400 kHz?和高速模式（也称为Hs模式）允许时钟频率高达3.4 MHz。 ADS111x与所有三种模式完全兼容。 在标准或快速模式下使用ADS111x不需要特别的操作，但必须激活高速模式。要激活高速模式，请在START条件之后发送00001xxx的特殊地址字节，其中xxx是支持Hs的主站特有的位。该字节称为Hs主码，与普通地址字节不同?第八位不表示读/写状态。 ADS111x不承认此字节? I2C规范禁止对Hs主码的确认。在接收到主码后，Hs模式的ADS111x开关滤波器，最高可达3.4 MHz。 ADS111x在下一个STOP条件下切换到Hs模式。 有关高速模式的更多信息，请参阅I2C规范。 9.5.2从模式操作 ADS111x用作从站接收机或从站发射机。 ADS111x无法驱动SCL线作为从设备。 9.5.2.1接收模式 在从机接收模式下，从主器件发送到从器件的第一个字节由7位器件地址和低R / W位组成。主机发送的下一个字节是地址指针寄存器。然后，ADS111x确认接收到地址指针寄存器字节。接下来的两个字节被写入由寄存器地址指针位P [1：0]给出的地址。 ADS111x确认发送的每个字节。寄存器字节首先以最高有效字节发送，其次是最低有效字节。 9.5.2.2发送模式 在从机发送模式下，主机发送的第一个字节是7位从机地址，后跟高R / W位。该字节将从机置于发送模式，并指示正 在读取ADS111x 。从器件发送的下一个字节是寄存器地址指针位P [1：0]指示的寄存器最高有效字节。该字节后跟来自主机的确认。剩下的最少 有效字节然后由从器件发送，并且后跟来自主器件的确认。主机可以通过不确认或发出START 或STOP 条件来终止任何字节后的传输。 要访问ADS111x 的特定寄存器，主机必须首先写入一个适当的值，以将地址指针寄存器中的寄存器地址指针位P [1：0]写入。地址指针寄存器直接写入从地址字节，低R / W 位和成功的从机确认。地址指针寄存器写入后，从站确认，主站发出STOP 或重复START 条件。 当从ADS111x 读取时，写入位P [1：0]的先前值决定了读取的寄存器。要更改读取哪个寄存器，必须将新值写入P [1：0]。要将新值写入P [1：0]，主器件发出R / W 位为低的从地址字节，后跟地址指针寄存器字节。不需要传输额外的数据，主机可以发出STOP 条件。主机现在可以发出START 条件，并发送R / W 位为高的从机地址字节开始读取。图37详细说明了这一序列。如果需要从同一寄存器重复读取，则不需要持续发送地址 指针寄存器，因为ADS111x 存储P [1：0]的值，直到被写入操作修改为止。但是，对于每次写操作，地址指针寄存器 必须用适当的值写入。 （1）A0和A1的值由ADDR 引脚决定。 （2）主机可以使SDA 为高电平以终止单字节读操作。 （3）主机可以使SDA 为高电平，以终止两字节读操作。 9.5.3写入和读取寄存器 9.5.4数据格式 ADS111x以二进制补码格式提供16位数据。 正满量程（+ FS）输入产生7FFFh的输出代码，负满量程（-FS）输入产生8000h的输出代码。 这些代码输出剪辑超过满量程的信号。 表5总结了不同输入信号的理想输出代码。 图33显示了代码转换与输入电压的关系。 9.6Register Map ADS111x有四个寄存器，可通过I2C接口使用地址指针寄存器访问。 转换寄存器包含上次转换的结果。 Config寄存器用于更改ADS111x操作模式并查询设备的状态。 另外两个寄存器Lo_thresh和Hi_thresh设置用于比较器功能的阈值，在ADS1113中不可用。 9.6.1地址指针寄存器（地址= N / A）[reset = N / A] 通过写入地址指针寄存器来访问所有四个寄存器? 见图30。 16位转换寄存器包含上次转换的结果二进制补码格式。 上电后，转换寄存器清零，并保持0，直到第一次转换完成。 16 位Config 寄存器用于控制工作模式，输入选择，数据速率，满量程范围和比较器模式。 9.6.2转换寄存器（P [1：0] = 0h ）[reset = 0000h] 9.6.3配置寄存器（P [1：0] = 1h ）[reset = 8583h] 位字段读写类 型 复位值描述 15OS R/W0x01操作状态或单次转换开始 该位决定设备的运行状态。 OS字段只能在掉电状态下写入，并且在转换正在进行时不起作用。 write时： 0：无效果 1：启动一次转换（处于掉电状态时） read时： 0：设备正在执行转换 1：设备当前没有执行转换 14：1 2MUX[2:0]R/W0x00 输入多路复用器配置（仅适用于ADS1115） 这些位配置输入多路复用器。 这些位在ADS1113和ADS1114 上不起作用。 000：AINP = AIN0和AINN = AIN1（默认） 001：AINP = AIN0和AINN = AIN3 010：AINP = AIN1和AINN = AIN3 011：AINP = AIN2和AINN = AIN3 100：AINP = AIN0和AINN = GND 101：AINP = AIN1和AINN = GND 110：AINP = AIN2和AINN = GND 111：AINP = AIN3和AINN = GND 11：9PGA[2:0]R/W0x02可编程增益放大器配置 这些位设置可编程增益放大器的FSR。 这些位在ADS1113上不起作用。 000：FSR =±6.144 V（1） 001：FSR =±4.096 V（1） 010：FSR =±2.048 V（默认） 011：FSR =±1.024 V 100：FSR =±0.512 V 101：FSR =±0.256 V 110：FSR =±0.256 V 111：FSR =±0.256 V （1）该参数表示ADC缩放的满量程范围。 请勿对该器件施加超过VDD + 0.3 V的电压。 8MODE R/W0x01设备运行模式 该位控制操作模式。 0：连续转换模式 1：单次模式或掉电状态（默认） 7：5DR[2:0]R/W0x04数据速率 这些位控制数据速率设置。 000：8 SPS 001：16 SPS 010：32 SPS 011：64 SPS 100：128 SPS（默认） 101：250 SPS 110：475 SPS 111：860 SPS 比较器模式（仅适用于ADS1114和ADS1115） 比较器使用的上限和下限阈值以二进制补码格式存储在两个16位寄存器中。 比较器实现为数字比较器? 因此，只要更改PGA 设置，就必须更新这些寄存器中的值。 通过将Hi_thresh 寄存器MSB 设置为1并将Lo_thresh 寄存器MSB 设置为0，可使能ALERT / RDY 引脚的转换就绪功能。要使用ALERT / RDY 引脚的比较器功能，Hi_thresh 寄存器值必须始终大于 Lo_thresh 寄存器值。 阈值寄存器格式如图37所示。当设置为RDY 模式时，ALERT / RDY 引脚在单次模式下输出OS 位，并在连续转换模式下提供连续转换就绪脉冲。 4COMP_MODE R/W 0x00 该位配置比较器工作模式。 该位在ADS1113上不起作用。 0：传统比较器（默认） 1：窗口比较器 3CMOP_POL R/W 0x00 比较器极性（仅适用于ADS1114和ADS1115） 该位控制ALERT / RDY 引脚的极性。 该位在ADS1113上不起 作用。 0：低电平（默认） 1：高电平 2COMP_LAT R/W 0x00 锁存比较器（仅ADS1114和ADS1115） 该位控制ALERT / RDY 引脚在被置位之后是否锁存或在转换之后清除在上限和下限阈值的裕度内。 该位在ADS1113上不起作用。 0：非锁定比较器。 断言时，ALERT / RDY 引脚不锁定（默认）。 1：锁存比较器。 断言的ALERT / RDY 引脚保持锁存，直到主器件读取转换数据，或主器件发送适当的SMBus 警报响应。 该设备以其地址进行响应，它是当前断言ALERT / RDY 总线的最低地址。 1：0 COMP_QUE[1: 0] R/W 0x03 比较器队列和禁用（仅适用于ADS1114和ADS1115） 这些位执行两个功能。 当设置为11时，比较器被禁止，ALE RT / RDY 引脚设置为高阻态。 当设置为任何其他值时，ALE RT / RDY 引脚和比较器功能被使能，并且设置值确定在断言ALERT / RDY 引脚之前，连续转换的次数超过所需的上限或 下限阈值。 这些位在ADS1113上不起作用。 00：一次转换后置位 01：两次转换后置位 10：在四次转换后置位 11：禁止比较器并将ALERT / RDY 引脚设置为高阻抗（默认） 9.6.4 Lo_thresh （P [1：0] = 2h ）[reset = 8000h]和Hi_thresh （P [1：0] = 3h ）[reset =7FFFh]