ADS1148Q 引脚定义及功能详解

ADS1148Q 通常采用TSSOP-38封装，其引脚排列严谨且功能丰富。我们将引脚分为几个主要类别进行详细阐述，以便更好地理解其整体架构和工作流程。

电源和参考电压引脚

电源引脚是任何集成电路正常工作的基石，ADS1148Q也不例外。它需要多个电源引脚来支持其模拟和数字部分的独立供电，以最大程度地减少噪声干扰。

• AVDD / AGND: AVDD是模拟电源电压引脚，AGND是模拟地引脚。这两个引脚为ADC的模拟核心电路、可编程增益放大器（PGA）、基准电压缓冲器、内部振荡器和传感器激励DAC等提供稳定的工作电压。AVDD的典型工作电压范围为2.7V至5.5V。为了确保测量的精度，AVDD电源必须非常干净，通常需要使用低噪声LDO（低压差线性稳压器）和旁路电容来滤波。旁路电容应尽可能靠近引脚放置，以减少高频噪声的影响。选择合适的电容值（如0.1μF和10μF的组合）可以有效地处理不同频率范围的噪声。AGND则是整个模拟部分的基准电位，在PCB布局时，应确保所有模拟信号都以AGND为参考，并尽量采用星形接地或单点接地，以避免地环路噪声。

• DVDD / DGND: DVDD是数字电源电压引脚，DGND是数字地引脚。这两个引脚为数字逻辑电路、SPI接口、GPIO（通用输入输出）引脚以及内部寄存器等提供电源。DVDD的工作电压范围通常为1.8V至5.5V。与AVDD类似，DVDD的供电也需要良好的去耦和滤波。数字电路的开关噪声是不可避免的，因此将DVDD和DGND与AVDD和AGND分开，可以有效防止数字噪声耦合到敏感的模拟电路中。在实际应用中，如果AVDD和DVDD使用相同的电源，也需要通过电感或铁氧体磁珠进行隔离，以降低噪声相互串扰的风险。

• VREF P / VREF N: VREF P是正基准电压输入引脚，VREF N是负基准电压输入引脚。ADS1148Q支持外部差分基准电压输入，这对于高精度测量至关重要。基准电压的稳定性直接决定了ADC的转换精度和线性度。VREF P和VREF N的输入范围为0.1V至AVDD。通常，我们会使用高精度、低漂移的外部基准源，如TI的REF50xx系列，来为这两个引脚供电。基准电压的设置需要仔细考虑，它决定了ADC的满量程范围。例如，如果VREF P=2.5V，VREF N=0V，则满量程输入为±2.5V。此外，这两个引脚内部集成了基准电压缓冲器，这使得外部基准源的驱动要求降低，但仍需确保其驱动能力足以应对瞬态电流。为了进一步提高稳定性，VREF引脚也应接入去耦电容。

模拟输入引脚

ADS1148Q拥有多达八个可配置的模拟输入通道，这使得它能够灵活地适应多种传感器应用。这些引脚可以配置为单端输入或差分输入。

• AIN0 - AIN7: 这八个引脚是ADC的核心模拟输入通道。它们可以通过内部多路复用器（MUX）连接到ADC的前端。这些引脚可以单独使用（单端模式，以AINCOM为参考）或成对使用（差分模式，如AIN0和AIN1组成一个差分对）。每个通道都可以通过内部的可编程增益放大器（PGA）进行增益设置，增益范围为1到128。这种灵活性使得ADS1148Q可以处理从微伏到伏特级的多种信号。在使用这些引脚时，需要特别注意信号完整性。输入信号走线应尽可能短，远离数字信号线和开关电源，以减少噪声耦合。同时，为了防止输入过压，应在引脚处添加保护二极管或TVS管。在差分模式下，两个输入引脚（例如AIN0和AIN1）的走线应等长且紧密相邻，以确保共模噪声能被有效抑制。

• AINCOM: AINCOM是模拟输入公共模式（common mode）引脚。在单端输入模式下，所有模拟输入通道（AIN0-AIN7）都以AINCOM为参考。如果AINCOM接地（AGND），则ADC测量的是每个输入通道到地的电压。如果AINCOM连接到某个特定电位，则测量的是输入通道到该电位的电压差。在差分模式下，AINCOM通常用于连接共模电压，但其主要功能是在单端模式下提供参考。这个引脚的电位也需要保持稳定，通常可以通过一个低阻抗的电压源驱动，或者直接连接到AGND。

• REFP0 / REFN0 和 REFP1 / REFN1: 这两对引脚是专为RTD测量设计的传感器激励电流输出引脚。REFP0和REFN0可以作为一对恒流源输出，而REFP1和REFN1可以作为另一对。ADS1148Q内部集成了两个可编程的恒流源（IDAC），其电流值可以从10μA到1.5mA进行设置。这使得它非常适合于三线或四线制RTD测量。例如，在四线制RTD测量中，一对电流源（如REFP0/REFN0）用于提供激励电流，而另一对引脚（如REFP1/REFN1）则可以用于测量RTD上的压降。这种设计可以有效消除引线电阻对测量的影响，从而获得更高的精度。这两个引脚的输出电流值、极性和使能都可通过内部寄存器进行配置。在使用时，需要确保这些引脚的走线能够承受电流，并且尽可能靠近RTD，以减少引线电阻带来的误差。

数字接口和控制引脚

ADS1148Q主要通过SPI（串行外设接口）与外部微控制器进行通信，因此其数字引脚是实现数据传输和配置的核心。

• SCLK: SCLK是串行时钟引脚。它是SPI总线的主时钟信号，由主控制器（微控制器）产生。ADS1148Q的所有数据传输（无论是主控制器发送命令，还是ADS1148Q发送转换数据）都与SCLK的边沿同步。SCLK的最大频率通常由数据手册规定，通常在MHz级别。需要注意的是，SCLK的上升沿和下降沿的速率应符合时序要求，以确保数据能够正确采样。

• DOUT/DRDY: 这个引脚具有双重功能：作为串行数据输出引脚（DOUT）和数据准备好引脚（DRDY）。

• DOUT: 当主控制器通过CS引脚选中ADS1148Q并发送SCLK时，ADS1148Q将转换后的数据通过DOUT引脚串行输出。数据的格式通常为MSB（最高有效位）在前。

• DRDY: 在没有进行数据传输时，DOUT/DRDY引脚作为DRDY引脚工作。当ADS1148Q完成一次模数转换后，它会拉低DRDY引脚，以向主控制器发出中断信号，通知主控制器可以读取数据了。这种机制可以有效避免主控制器持续轮询（polling）ADC，从而降低系统的功耗和CPU占用。DRDY引脚的下降沿是读取数据的好时机。主控制器在接收到DRDY信号后，可以立即发起SPI读操作。

• DIN: DIN是串行数据输入引脚。主控制器通过这个引脚向ADS1148Q发送控制命令和配置数据。例如，设置PGA增益、选择输入通道、启动转换、读写内部寄存器等操作，都需要通过DIN引脚实现。DIN引脚的输入数据同样与SCLK同步。

• CS: CS是芯片选择引脚（Chip Select）。这个引脚由主控制器控制，用于选择特定的ADS1148Q芯片。CS通常是低电平有效。当CS被拉低时，ADS1148Q的SPI接口被激活，可以进行数据传输。当CS被拉高时，ADS1148Q的SPI接口被禁用，DOUT引脚进入高阻态，从而允许其他SPI设备共享同一总线。CS引脚的使用对于多器件共享SPI总线至关重要。

• RESET: RESET是复位引脚。这个引脚是低电平有效。当RESET引脚被拉低时，ADS1148Q会进入复位状态，所有内部寄存器都恢复到默认值。复位操作通常用于初始化芯片或从错误状态中恢复。在系统上电时，通常需要通过一个RC电路或微控制器的GPIO引脚来确保RESET引脚有一个上电复位脉冲。

• START: START是转换启动引脚。这个引脚是高电平有效。当START引脚被拉高时，ADS1148Q开始进行一次模数转换。这个引脚提供了一种外部控制转换时机的灵活方式。例如，在需要与外部事件同步进行测量时，可以使用START引脚。START引脚也可以通过内部寄存器进行配置，使其成为一个GPIO引脚。

GPIO和特殊功能引脚

除了核心的模拟和数字接口引脚，ADS1148Q还提供了一些通用的输入输出引脚，以增强其灵活性和功能。

• GPIO0 - GPIO3: 这四个引脚是通用数字输入/输出引脚。它们可以通过内部寄存器进行配置，使其成为输入、输出或与其他特殊功能引脚（如START、DRDY）复用。例如，当配置为输出时，它们可以用来控制外部继电器或LED；当配置为输入时，它们可以读取外部开关状态。GPIO引脚的使用可以减少系统所需的微控制器引脚数量，简化硬件设计。在配置为输出时，需要注意其驱动能力。

• CLKIN: CLKIN是外部时钟输入引脚。ADS1148Q内部有一个振荡器，但有时为了更高的时钟精度或与系统时钟同步，用户可以选择使用外部时钟源。通过配置内部寄存器，可以将ADS1148Q的时钟源切换到CLKIN引脚。外部时钟的频率需要符合数据手册的要求。

• NC: NC表示无连接（No Connect）。这些引脚在封装中存在，但内部没有连接到任何电路。在PCB设计中，通常将这些引脚悬空，或者连接到AGND以减少噪声干扰，但具体操作需要参考数据手册的建议。

ADS1148Q 引脚与其他器件的连接和应用场景

深入理解ADS1148Q的引脚定义，还需要将其放在具体的应用场景中进行分析。不同引脚的连接方式和配置会直接影响测量的精度、功耗和整体系统性能。

RTD温度测量应用中的引脚配置

RTD（电阻温度检测器）是ADS1148Q的典型应用之一。以四线制PT100 RTD为例，其引脚连接和配置如下：

1. 激励电流: 使用内部IDAC作为激励电流源。例如，配置IDAC1通过REFP0引脚输出1mA电流，该电流流经PT100 RTD。为了形成电流回路，REFN0引脚可以连接到AGND。

2. 电压测量: PT100 RTD两端的电压降被送到ADS1148Q的模拟输入引脚。通常，PT100的一端连接到AIN0，另一端连接到AIN1。ADS1148Q被配置为差分输入模式，测量AIN0和AIN1之间的电压差。

3. 参考电阻: 为了实现比率测量，通常会串联一个高精度的参考电阻（RREF）。激励电流流过PT100和RREF。$R_{REF}上的电压降被测量，例如连接到AIN2和AIN3。ADS1148Q通过测量R_{REF}$上的电压降来确定实际的激励电流大小，然后利用这个值来校准PT100的电压测量，从而消除激励电流源本身的漂移和不稳定性。

4. 引线电阻补偿: 在四线制测量中，有两根线用于提供电流，另两根线用于测量电压。这四根线都连接到ADS1148Q的模拟输入引脚。ADS1148Q的内部PGA可以放大PT100上的微弱电压信号，提高信噪比。通过这种配置，引线电阻对测量结果的影响被有效消除。

5. SPI接口: SCLK、DOUT/DRDY、DIN和CS引脚连接到微控制器的SPI总线。微控制器通过SPI接口向ADS1148Q发送命令，配置IDAC电流、PGA增益、输入通道选择，并读取转换后的数字数据。

热电偶温度测量应用中的引脚配置

热电偶测量需要处理微伏级的电压信号，并且需要冷端补偿。ADS1148Q的引脚配置可以很好地满足这些需求。

1. 差分输入: 热电偶产生的电压信号通常在微伏到毫伏之间，需要高增益放大。ADS1148Q的PGA功能在此发挥关键作用。热电偶的正极连接到如AIN0，负极连接到AIN1。ADS1148Q被配置为差分输入模式，并设置高增益（例如128），以放大热电偶信号。

2. 冷端补偿: 热电偶的测量精度依赖于冷端温度。通常，一个热敏电阻（如RTD）或一个半导体温度传感器被用来测量冷端温度。这个传感器的输出信号（电压或电阻）被连接到ADS1148Q的另一个模拟输入通道（例如AIN2）。

3. 电源和基准: ADS1148Q的AVDD和DVDD需要提供稳定的电源。VREF P和VREF N引脚通常连接到一个高精度的外部基准电压源，以确保测量结果的准确性。

4. 数字接口: SPI接口用于配置和数据读取。微控制器首先读取冷端温度传感器的值，然后读取热电偶的电压值。通过查表或计算，将热电偶电压值和冷端温度值结合，最终计算出热电偶的测量温度。

压力传感器或秤重传感器应用中的引脚配置

压力传感器或秤重传感器通常采用惠斯顿电桥结构，其输出电压信号也需要高精度ADC进行测量。

1. 电桥激励: 惠斯顿电桥需要一个稳定的激励电压或电流。ADS1148Q的VREF P/VREF N引脚可以提供一个稳定的电压参考，该参考电压可以作为电桥的激励源。

2. 差分输入: 电桥的输出是差分电压信号，其幅度通常很小。电桥的输出两端连接到ADS1148Q的模拟输入引脚，如AIN0和AIN1。同样，PGA被用于放大这个微弱的差分信号。

3. 比率测量: 在比率测量模式下，电桥的激励电压同时也作为ADS1148Q的基准电压。这意味着VREF P连接到电桥的激励正端，VREF N连接到电桥的激励负端。在这种配置下，ADC的转换结果是电桥输出电压与激励电压的比值，这可以有效消除激励电压的漂移和不稳定性对测量结果的影响。

4. GPIO: GPIO引脚可以用于控制一些外部电路，例如校准电路的开关，或者指示测量状态的LED。

ADS1148Q 引脚的深入技术细节

电源引脚的去耦和接地策略

ADS1148Q的性能高度依赖于其电源和接地。正确的去耦和接地策略是确保高精度测量的关键。

• 去耦电容: 在每个电源引脚（AVDD、DVDD、VREF P、VREF N）附近，都应放置旁路电容。通常采用一个0.1μF的陶瓷电容和一个10μF或更大的电解电容并联。0.1μF电容用于滤除高频噪声，而大容量电容则用于处理低频噪声和瞬态电流。这些电容应尽可能靠近引脚放置，以最大限度地减少寄生电感。

• 地平面: 在多层PCB设计中，推荐使用独立的模拟地平面（AGND）和数字地平面（DGND）。这两个地平面应在ADS1148Q的AGND和DGND引脚处通过一个单点连接。这种“星形接地”的布局可以防止数字地平面的噪声通过地平面耦合到模拟电路中。如果没有使用多层板，也应确保AGND和DGND的走线在一点汇合，并连接到系统地。

模拟输入引脚的保护和滤波

模拟输入引脚是整个ADC最敏感的部分。正确的保护和滤波可以防止损坏和提高信噪比。

• 过压保护: ADS1148Q的输入引脚有一个绝对最大额定电压。如果输入信号超过这个范围，可能会损坏芯片。为了防止这种情况，可以在输入引脚处添加一个或两个肖特基二极管，将输入电压箝位在AVDD和AGND之间。此外，还可以使用TVS（瞬态电压抑制）二极管来吸收静电放电（ESD）或瞬态电压尖峰。

• 输入滤波: 在每个模拟输入引脚处，通常会添加一个RC低通滤波器。这个滤波器有两个主要目的：

• 抗混叠: ADS1148Q是一个采样系统，如果输入信号中包含高于奈奎斯特频率的成分，就会发生混叠，导致测量误差。低通滤波器可以滤除这些高频成分。

• 噪声抑制: 滤波器可以滤除输入信号线上的高频噪声，从而提高信噪比。电阻R和电容C的选择需要权衡：R值不能太高，否则会影响PGA的输入阻抗；C值不能太小，否则滤波效果不佳。通常，R的值在几十到几百欧姆之间，C的值在几百pF到几nF之间。

数字接口引脚的信号完整性

SPI总线上的信号完整性对于可靠通信至关重要。

• 走线长度: SCLK、DOUT/DRDY、DIN和CS的走线应尽可能短，并保持平行，以减少串扰。

• 终端电阻: 在高速SPI总线中，有时需要在信号线上添加终端电阻来匹配阻抗，减少信号反射。但对于ADS1148Q通常使用的SPI频率，这通常不是必需的。

• 电平转换: 如果主控制器和ADS1148Q的数字电源电压（DVDD）不同，则需要使用电平转换芯片来确保信号电平的兼容性。

ADS1148Q 引脚配置和编程

ADS1148Q的强大功能很大程度上依赖于其可编程性。通过SPI接口对内部寄存器进行读写，可以实现对各个引脚功能的精细控制。

寄存器概述

ADS1148Q内部有多个寄存器，每个寄存器负责控制一组特定的功能。以下是一些关键寄存器及其与引脚的关系：

• MUX0 寄存器: 控制模拟输入多路复用器（MUX）。该寄存器中的位用于选择哪个AIN引脚作为正输入（MUX_SP）和哪个作为负输入（MUX_SN）。例如，要选择AIN0作为正输入，AIN1作为负输入，需要将MUX0寄存器中的相应位设置为0000_0000b。

• VBIAS 寄存器: 控制偏置电压。在某些应用中，可能需要为浮动的传感器输入提供一个偏置电压。VBIAS寄存器中的位可以配置为将某个AIN引脚连接到AVDD/2，从而提供一个偏置。

• SYS0 寄存器: 控制系统设置。该寄存器中的位可以配置PGA的增益（GAIN位）、数据速率（DR位）、时钟源（CLK bit）等。例如，要将PGA增益设置为128，需要将SYS0寄存器中的GAIN位设置为111b。要使用外部时钟源，需要将CLK位设置为1。

• IDAC0 / IDAC1 寄存器: 控制IDAC电流。这两个寄存器分别控制IDAC0和IDAC1的电流值、极性和使能。例如，要通过REFP0输出1mA电流，需要将IDAC0寄存器中的相应位配置为1mA。

• GPIO 寄存器: 控制GPIO引脚。该寄存器中的位可以配置GPIO0-GPIO3引脚的方向（输入/输出）和输出电平。

编程流程示例

一个典型的ADS1148Q编程流程如下：

1. 上电复位: 在系统上电后，通过拉低RESET引脚来复位ADS1148Q，或等待内部上电复位完成。

2. 等待启动: 等待ADS1148Q稳定，通常需要几毫秒的时间。

3. 配置寄存器:

• 通过SPI接口向SYS0寄存器写入配置数据，设置PGA增益、数据速率等。

• 向MUX0寄存器写入数据，选择所需的模拟输入通道。

• 如果需要使用IDAC，向IDAC0或IDAC1寄存器写入数据，设置电流值。

• 如果需要，配置GPIO寄存器。

4. 启动转换:

• 通过SPI发送START命令，或者拉高START引脚，启动一次模数转换。

5. 等待数据:

• 轮询DRDY引脚，等待其变为低电平。

• 或者使用微控制器的中断功能，当DRDY引脚产生下降沿时，触发中断。

6. 读取数据:

• 在DRDY变为低电平后，通过SPI发送RDATA命令，读取转换后的数据。

7. 循环:

• 重复步骤4-6，以连续进行模数转换。

ADS1148Q 引脚故障排查和注意事项

在实际应用中，可能会遇到各种问题。理解引脚的正常行为和异常表现，有助于快速定位问题。

• 无响应: 如果ADS1148Q对SPI命令无响应，首先检查电源引脚（AVDD, DVDD）是否供电正常，CS引脚是否被正确拉低，SCLK和DIN信号是否符合时序要求。其次，检查RESET引脚是否被意外拉低。

• DRDY无信号: 如果DRDY引脚始终为高电平或低电平，可能的原因包括：

• ADC没有成功启动转换。检查是否发送了START命令或拉高了START引脚。

• 电源不正常。

• 内部振荡器故障（如果使用内部时钟）。

• 转换数据错误: 如果读取到的数据不准确，可能的原因包括：

• 噪声: 电源噪声、地线噪声、数字信号串扰到模拟信号。需要检查电源去耦、接地策略和PCB布局。

• 基准电压不稳: VREF P/N引脚的基准电压源不稳定或有噪声。

• 模拟输入信号问题: 输入信号过大、过小、有噪声或超出共模输入范围。

• 软件配置错误: MUX0、SYS0等寄存器配置不正确。例如，PGA增益设置过高导致信号饱和。

• IDAC不工作: 如果IDAC引脚没有输出电流，检查IDAC0/IDAC1寄存器是否被正确配置并使能。同时，检查REFP/REFN引脚的外部连接是否正常。

• ESD保护: 在处理ADS1148Q时，应采取ESD（静电放电）保护措施，因为静电可能会损坏引脚。佩戴防静电腕带，在防静电环境中操作。

总结

ADS1148Q的引脚设计是其高精度、多功能性的基础。从电源和基准电压引脚的稳定供电，到模拟输入引脚的灵活配置和保护，再到数字接口引脚的高效通信，每一个引脚都承载着特定的功能。全面理解这些引脚的定义、功能、以及在不同应用场景下的连接方式和配置，是成功使用ADS1148Q的关键。

通过对电源、模拟、数字和特殊功能引脚的详细拆解，我们不仅看到了每个引脚的独立作用，更重要的是，理解了它们是如何作为一个整体协同工作，以实现高精度的模数转换。正确的PCB布局、电源去耦和接地策略、以及精确的软件配置，都是确保ADS1148Q性能得到充分发挥的必要条件。掌握这些知识，工程师们便能有效地利用ADS1148Q，为各种高精度测量应用打造出稳定可靠的解决方案。