PMD040B 24位高精度 Δ-Σ ADC

应广科技 · 精密测量单芯片解决方案

产品概述： PMD040B 是一款集成可编程增益放大器 (PGA)、温度传感器、高压侧电源开关的 24 位 Δ-Σ 模数转换器。采用双线 SPI 接口， SOP-8 封装，为电子秤、应变计、工业控制提供低噪声、高精度采集。内置20MHz EMI滤波器和±3℃温度传感器，适用于汽车、工业、医疗等严苛环境。

核心技术参数

参数	典型值 / 范围	说明
分辨率	24 位（无失码）	真正24位精度
PGA 增益	1×,2×,4×,8×,16×,32×,64×,128×	低噪声仪表放大器结构
输出数据速率	10 Hz ~ 1280 Hz (8档)	10 Hz 下对50/60Hz工频抑制最佳
有效分辨率 (ENOB)	20.5 位 (5V, PGA=128×, 10Hz)	可分辨微伏级信号
峰峰值噪声	174 nV (VREF=5V, PGA=128×,10Hz)	适合微弱信号测量
输入偏移电压	±5 µV (PGA=128×)	高精度
增益漂移	±30 ppm/℃ (PGA=128×)	温度稳定性优异
温度传感器精度	±3℃ (两点校准后)	无需外置元件
电源开关导通电阻	6 Ω (VDD=5V, Isw=20mA)	直接驱动电桥传感器
供电电压	3.0 V ~ 5.5 V	宽工作范围
工作电流	0.65 mA (PGA=1×,3.3V) / 1.5 mA (PGA=128×,5V)	低功耗
掉电模式电流	0.1 µA	SCLK高电平>100μs进入
工作温度	-40℃ ~ +85℃	工业级

核心功能与优势

1 超高精度 & 低噪声 — 24位Δ-Σ调制器 + 数字滤波器，PGA=128x时ENOB 20.5位，峰峰值噪声174nV。

2 灵活输入/多路复用 — 差分输入可选外部信号或内部温度传感器，支持短路/测试模式。

3 内置温度传感器 ±3℃ — 适用于汽车BMS热管理、工业过程控制，无需外置NTC。

4 高压侧电源开关 (6Ω) — 可独立控制传感器供电，待机时切断电流，符合汽车功能安全设计思路。

5 双线SPI接口 — 仅需SCLK/DOUT，支持24位数据+寄存器状态回读，节省MCU引脚。

6 超低功耗 (0.1µA 掉电) — 适合工业物联网无线节点、便携医疗设备。

7 20MHz EMI滤波器 — 抗工业射频干扰，保证信号完整性。

🔍 选型指南：PMD040B 与主流竞品对比

对比维度	PMD040B	ADS1232 (典型)	HX711 (典型)
分辨率	24位无失码	24位	24位
PGA增益	1x,2x,4x,8x,16x,32x,64x,128x	1x-128x	32/64/128x固定
数据速率	10-1280Hz (8档)	10-80Hz	10/80Hz
内置温度传感器	±3℃	无	无
高压侧电源开关	6Ω (集成)	无	无
掉电电流	0.1µA	0.1µA	<0.1µA
接口	双线SPI	三线SPI	两线类SPI
封装	SOP-8	SOP-16	SOP-16
核心优势	高集成度（开关+温度传感）+小封装	经典称重芯片	低成本主流

👉 相比HX711：PMD040B增加可编程全范围增益、内置温度传感器和电源开关，封装缩小50%，适合需要温度补偿的高端电子秤与工业变送器。
👉 相比ADS1232：PMD040B集成度更高，双线SPI更省引脚，内置温度传感器简化系统设计。

内部电路结构与工作原理

📌 系统框图 (图1)

图1：PMD040B系统框图 — 差分输入 → MUX → PGA → 24位Δ-Σ调制器 → 数字滤波 → SPI接口；集成温度传感器、电源开关、掉电控制。

差分输入(AIN_P/AIN_N)经多路选择器，可选择PGA或温度传感器通道。PGA输出经调制器和数字滤波器产生24位数据，通过SPI与MCU通信。高压侧开关独立控制传感器供电。

模拟输入前端 (图2)

图2：输入前端 — EMI滤波器(20MHz LP) → MUX (由cfgr1[1:0]选择外部差分、温度传感器、内部Vref或VMID短路)

每个输入引脚对地具有20MHz低通滤波器，提升ESD和抗干扰能力。MUX控制寄存器：00=外部差分，01=温度传感器(极性可配)，10=内部Vref测试，11=短接到VMID。

可编程增益放大器 (PGA) (图3 & 表1)

图3：PGA两级结构 — 第一级仪表放大器(4×~128×)，第二级缓冲(1×/2×)，旁路模式用于1×/2×增益以省电。

表1：PGA增益设置 (cfgr2寄存器)
总增益	PGA_GSEL [7:5]	PGABUF_GSEL [4]	PGA_BYPASS [0]
1×	---	1	1
2×	---	1	1
4×	010	0	0
8×	011	0	0
16×	100	0	0
32×	101	0	0
64×	110	0	0
128×	111	0	0

高压侧电源开关 (图4)

图4：内置P-MOSFET开关，由cfgr1[7]控制，导通电阻6Ω，最大电流20mA。

掉电模式 (图5 & 表3)

图5：掉电时序 — SCLK高电平>100μs进入掉电，SCLK低电平唤醒，电流0.1μA。

SPI通信与时序 (图8-11 & 表6)

数据就绪：DOUT变低表示新数据准备好。24-SCLK模式移出24位数据(MSB在前)；27-SCLK模式在第25/26个时钟输出寄存器更新标志。

典型应用电路 (图12)

图12：称重传感器应用 — VDD经10Ω+10μF去耦；传感器E+接内部开关输出VDD_SW，E-接GND；SIG+/SIG-经100nF对地接AIN_P/AIN_N；VREFP接VDD；SCLK/DOUT接MCU(DOUT上拉10k)。

⚙️ 实战开发案例：高精度电子秤设计

电路设计要点

VDD (5V) ──┬── 10Ω ──┬── 10μF ── GND
           │          │
           └──────────┴── PMD040B VDD
传感器 E+ ──┬── PMD040B VDD_SW (内部开关)
传感器 E- ──┴── GND
传感器 SIG+ ──┬── 100nF ── GND  ── AIN_P
传感器 SIG- ──┬── 100nF ── GND  ── AIN_N
PMD040B SCLK ── MCU GPIO
PMD040B DOUT ── MCU GPIO (外接10kΩ上拉)

软件配置示例

// 初始化：PGA=128x，数据速率10Hz，电源开关使能
SPI_WriteRegister(0x62, 0xE0); // cfgr2: 11100000
SPI_WriteRegister(0x61, 0x00); // cfgr1: 电源开关使能, ADC输入, 10Hz

// 读取24位数据 (DOUT变低后)
uint32_t adc_data = 0;
for (int i=0; i<24; i++) {
    SCLK_HIGH; delay_ns(250);
    adc_data = (adc_data << 1) | DOUT_READ;
    SCLK_LOW; delay_ns(250);
}
int32_t result = (int32_t)adc_data;
if (result & 0x800000) result |= 0xFF000000;