ADS1115 數(shù)據(jù)手冊詳細介紹

一、概述

ADS1115 是一款由德州儀器 (Texas Instruments, TI) 提供的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，具有 I2C 接口，適用于多種低功耗、高精度的測量應(yīng)用。ADS1115 的分辨率為 16 位，能夠提供 860S/s 的數(shù)據(jù)采樣率，并且支持可編程增益放大器 (PGA)，使其能夠精確測量從微伏到電壓的信號。由于其低功耗、高性能和豐富的功能，ADS1115 被廣泛應(yīng)用于傳感器數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、便攜式設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)等場景。

二、功能特點

1. 高分辨率： ADS1115 提供 16 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換分辨率，能夠精確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這使得其能夠滿足高精度測量的需求。

2. 低功耗： 采用低功耗設(shè)計，適合于需要延長電池使用壽命的便攜設(shè)備。在正常工作模式下，ADS1115 的功耗非常低。

3. 可編程增益放大器： 該 ADC 內(nèi)置了 4 級增益，最大增益為 16，這使得其能夠處理從微伏到較大電壓的輸入信號。增益設(shè)置靈活，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求調(diào)節(jié)。

4. 差分輸入支持： ADS1115 可以以差分模式工作，這使得其在有共模干擾的環(huán)境中依然能夠準(zhǔn)確地進行測量。

5. 高采樣率： ADS1115 支持最高 860S/s 的數(shù)據(jù)采樣率，適用于需要較快響應(yīng)速度的應(yīng)用。

6. I2C 接口： 通過 I2C 接口進行通信，便于與多種微控制器（如 STM32、Arduino 等）進行連接，且易于集成到各種嵌入式系統(tǒng)中。

7. 集成化設(shè)計： 內(nèi)置增益放大器、模擬前端以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，減少了外部元件數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

8. 內(nèi)建溫度傳感器： ADS1115 配備了內(nèi)建的溫度傳感器，可以進行溫度監(jiān)測，適合需要溫度反饋的應(yīng)用場景。

9. 可編程轉(zhuǎn)換速率： 用戶可以配置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率，從而在功耗與采樣精度之間做出權(quán)衡。

10. 差分模式與單端模式選擇： 通過靈活的輸入模式設(shè)置，ADS1115 支持多種測量方式，如單端輸入模式和差分輸入模式，適應(yīng)各種信號源。

三、主要技術(shù)參數(shù)

1. 輸入電壓范圍： ADS1115 可以測量從 0V 到 VDD 電壓范圍內(nèi)的信號。增益設(shè)置的不同，輸入信號范圍也會相應(yīng)改變。常見的增益設(shè)置如下：

• 無增益 (PGA = 1): 輸入信號范圍為 ±4.096V

• 增益 2 (PGA = 2): 輸入信號范圍為 ±2.048V

• 增益 4 (PGA = 4): 輸入信號范圍為 ±1.024V

• 增益 8 (PGA = 8): 輸入信號范圍為 ±0.512V

• 增益 16 (PGA = 16): 輸入信號范圍為 ±0.256V

2. 分辨率與精度： 16 位分辨率意味著 ADS1115 能夠?qū)⑤斎腚妷壕_到 0.0001V 的級別，這對于高精度的傳感器測量至關(guān)重要。

3. 采樣速率： ADS1115 支持從 8S/s 到 860S/s 的可調(diào)采樣速率。選擇較低的采樣速率可以進一步降低功耗，而較高的采樣速率則可以提供更快的響應(yīng)時間。

4. 工作電壓： ADS1115 工作電壓范圍為 2.0V 至 5.5V，適用于不同電源電壓的系統(tǒng)。

5. 接口： 該 ADC 使用 I2C 接口進行數(shù)據(jù)通信，I2C 地址可由用戶配置，支持最多四個 ADS1115 設(shè)備同時工作在同一個 I2C 總線上。

6. 功耗： 在正常工作模式下，功耗非常低，通常為 150μA (在采樣速率為 860S/s 時)，在待機模式下功耗更低，適合長時間運行的設(shè)備。

四、工作原理

ADS1115 是通過對模擬輸入信號進行逐次逼近比較（SAR）方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)信號的數(shù)字化。具體來說，其工作過程包括以下幾個步驟：

1. 輸入信號采樣： 當(dāng)輸入信號接入 ADC 時，ADS1115 會首先對輸入的模擬信號進行采樣。根據(jù)選擇的增益值，模擬信號會經(jīng)過內(nèi)置的增益放大器進行放大。

2. 模擬信號轉(zhuǎn)換： 模擬信號經(jīng)過放大后，進入 SAR 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。SAR 模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過一系列的比較過程將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

3. 數(shù)字化輸出： 轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)字信號會通過 I2C 接口輸出，傳輸給連接的微控制器或處理器。

4. 采樣率與分辨率控制： 用戶可以通過 I2C 配置寄存器來調(diào)整 ADC 的采樣率與分辨率，滿足不同應(yīng)用的需求。

5. 結(jié)果輸出與校準(zhǔn)： 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，ADS1115 會將結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)寄存器中，用戶通過 I2C 讀取這些數(shù)據(jù)，并進行進一步的處理。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 傳感器接口： 由于其高分辨率和高精度，ADS1115 在傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。例如，在溫度傳感器、壓力傳感器、光照傳感器等應(yīng)用中，ADS1115 可以用于高精度的模擬信號轉(zhuǎn)換。

2. 工業(yè)控制： ADS1115 也可以用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，例如用于測量傳感器輸出的電壓信號。通過精確的模擬信號采樣，ADS1115 可以幫助實現(xiàn)精密控制。

3. 便攜式設(shè)備： 低功耗特性使得 ADS1115 特別適合于便攜式設(shè)備，尤其是需要低功耗并且長時間運行的嵌入式系統(tǒng)。

4. 音頻信號采集： ADS1115 能夠處理較低電平的信號，因此在音頻信號的采集系統(tǒng)中也有應(yīng)用。例如，它可以用于聲音傳感器或音頻放大器的信號處理。

5. 醫(yī)療設(shè)備： ADS1115 在醫(yī)療設(shè)備中也得到了應(yīng)用，尤其是那些需要高精度電壓測量的設(shè)備。例如，它可以用于心電圖（ECG）設(shè)備的信號采集，幫助醫(yī)生監(jiān)控病人的生命體征。

6. 數(shù)據(jù)采集與實驗室儀器： ADS1115 的高精度和高分辨率使其成為實驗室儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想選擇。無論是在模擬信號的測試、分析，還是在高精度測量方面，它都能提供穩(wěn)定的性能。

六、使用注意事項

1. 電源噪聲： 為了確保測量的精度，ADS1115 的電源應(yīng)該盡量保持穩(wěn)定，避免電源噪聲對轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生影響。可以通過增加濾波電容來降低噪聲。

2. 增益設(shè)置： 增益的選擇應(yīng)根據(jù)輸入信號的范圍來設(shè)置。過高的增益可能會導(dǎo)致輸入信號超出 ADC 的輸入范圍，而過低的增益則可能導(dǎo)致精度的降低。

3. I2C 總線配置： ADS1115 使用 I2C 總線進行通信，用戶在設(shè)計時應(yīng)注意 I2C 地址的沖突問題。如果多個設(shè)備使用相同的地址，通信將無法正常進行。可以通過配置寄存器修改地址，避免沖突。

4. 溫度影響： 雖然 ADS1115 具有內(nèi)建溫度傳感器，但溫度變化仍然可能影響其性能。使用時，最好根據(jù)溫度變化進行校準(zhǔn)，以提高測量精度。

5. 輸入信號保護： 由于 ADS1115 的輸入端口非常敏感，應(yīng)注意避免過高的輸入電壓。如果輸入信號可能會超出設(shè)備的耐受范圍，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，如使用限壓二極管或保護電路。