一、MS5199T芯片介绍
MS5198T/MS5199T 为适合高精度测量应用的低功耗、低噪
声、三通道差分输入的 16bit/24bit 模数转换器。其内部集成了低
噪声输入缓冲器、低噪声仪表放大器，当增益设置为 64，更新
速率为 4.17Hz 时，均方根噪声为 10nV。 MS5198T/MS5199T 还集
成了低端电源开关、可编程数字输出、burnout 电流和内部振荡
器。其输出数据更新速率为 4.17Hz 到 470Hz。电源电压范围为
2.7V 到 5.25V， MS5198T/MS5199T 采用了 TSSOP16 封装。
二、硬件原理图
MS5199T芯片的周边电路很简单，可以用几个电容和电阻搭建而成。原理图如下：
三、芯片参数
根据芯片说明，AVDD=2.7V到5.25V；DVDD=2.7V到5.25V；GND=0V；REFIN(+)=AVDD；REFIN(-)=0V。除非另外标注，参数为全温度范围。
| 参 数 | 额定值 | -40 至 125 |
|---|---|---|
| 模拟电源电压范围 | -0.3 到+7.0 | V |
| 数字电源电压范围 | -0.3 到+7.0 | V |
| 模拟输入电压范围 | -0.3 到 AVDD+0.3 | V |
| 参考电压范围 | -0.3 到 AVDD+0.3 | V |
| 数字输入电压范围 | -0.3 到 DVDD+0.3 | V |
| 数字输出电压范围 | -0.3 到 DVDD+0.3 | V |
| 输入端口电流 | 10 | ma |
| 工作温度范围 | -40 至 125 | ℃ |
| 储存温度范围 | Tstg -60 至 150 | ℃ |
| 焊接温度(10 sec) | 260 | ℃ |
| ESD 电压(HBM) | 4000 | V |
四、时序参数
| 参数 | 测试条件/注释 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| t3 | SCLK高脉冲宽度 | 100 | ns | |
| t4 | SCLK低脉冲宽度 | 100 | ns | |
| 读操作 | ||||
| t1 | CS下降沿至DOUT/RDY激活时间 | 0 | ns | |
| DVDD = 4.75V to 5.25V | 60 | ns | ||
| DVDD = 2.7V to 3.6V | 80 | ns | ||
| t2 | SCLK下降沿至数据有效延迟 | 0 | ns | |
| DVDD = 4.75V to 5.25V | 0 | 60 | ns | |
| DVDD = 2.7V to 3.6V | 0 | ns | ||
| t5 | CS无效沿后总线撤出时间 | 10 | 80 | ns |
| t6 | SCLK上升沿至CS无效沿 | 0 | ns | |
| t7 | SCLK上升沿至CS无效沿 | 10 | ns | |
| 写入操作 | ||||
| t8 | CS下降沿至SCLK下降沿建立时间 | 0 | ns | |
| t9 | 数据有效至SCLK沿建立时间 | 30 | ns | |
| t10 | 数据有效至SCLK沿保持时间 | 25 | ns | |
| t11 | CS上升沿至SCLK沿保持时间 | 0 | ns |
五、功能概述
MS5198T/MS5199T 为低功耗∑-ΔADC ,内置∑-Δ调制器、输入缓冲器、基准电压源、仪表放大器
和片内数字滤波器，主要用于测量宽动态范围的低频信号，例如压力传感器、电子秤和温度测量
应用中的信号。每个器件都有三个差分输入端，可以被配置为缓冲模式或无缓冲模式。基准电压
采用外部基准电压。
用户能够通过编程设置 MS5198T/MS5199T 的输出速率(fADC)。当更新速率为 16.7Hz 或更低
时， 陷波频率同时为 50Hz 和 60Hz。根据输出更新速率的不同，MS5198T/MS5199T 采样的滤波器
也略有不同 ，以便优化对量化噪声和器件噪声的抑制。当更新速率值在 4.17Hz 至 12.5Hz 范围内
时，采用 Sinc3 滤波器和均值滤波器；当更新速率值在 16.7Hz 至 39Hz 范围内时，器件采用经修正
的 Sinc3 滤波器。当更新速率达到 16.7Hz 时，此滤波器提供 50Hz/60Hz 抑制；当更新速率值在 5O
Hz 至 242 Hz 范围内时，采用 Sinc4 滤波器；当更新速率达到 470Hz 时，器件采用仅有积分功能的
滤波器。
5.1 模拟输入通道
MS5198T/MS5199T 有 3 个差分模拟 输入通道。当器件运行在缓冲模式下时，这些通道将与片内缓
存器相连；而当器件运行在无缓冲模式下时，通道直接与调制器相连。在缓冲模式下（配置寄存器中
的 BUF 设置为 1)，信号输入到缓冲放大器的高阻抗输入级。因此，输入端可耐受较大的源阻抗，适用
于那些与外部阻性传感器直接相连的应用，例如 应变计或电阻式温度检测(RTD)等。
当 BUF =0 时， 器件在无缓冲模式下工作。这将导致较高的模拟输入电流。请注意，该无缓冲输
入路径可为驱动源提供动态的负载。因此，输入引脚上的电阻与电容组合可能会引起增益误 差， 具体
取决于驱动 ADC 输入的信号 源的输出阻抗。下表显示了为防止在 20 位分辨率条件下产生增益误差，
无缓冲模式下外部电阻和电容的容许值。
| 电容（pF） | 电阻（Ω） |
|---|---|
| 50 | 9K |
| 100 | 6K |
| 500 | 1.5K |
| 1000 | 900 |
| 5000 | 200 |
MS5198T/MS5199T 在当增益值为 1 或 2 时， 运行在无缓冲模式下。当增益值更高时，缓冲器自动
使能。缓冲模式下，绝对输入电压范围限于 GND + 100 mV 至 AVDD - 100 mV 之间。当增益值达到 4 或更高时， 使能仪表放大器。 当仪表放大器可用时 ， 绝对输入电压范围限于 GND + 300 mV 至 AVDD -1.1V 之间。在设定共模电压时 ， 用户必须注意上述限制，以便保证电压不超过上述限值，从而避免降低器件的线性性能和噪声性能。
无缓冲模式下， 绝对输入电压的范围在 GND - 30 mV 至 AVDD + 30 mV 之间。
5.2 仪表放大器
MS5198T/MS5199T 增益为 4 或更高时，缓冲器输 出信号将施加于片内仪表放大器的输入端。低噪
声仪表放大器的存在意味着小幅度信号可以在 MS5198T/MS5199T 内被放大，同时仍然保持出色的噪声
性能。利用配置寄存器中的位 G 2 至 G 0，可以将 MS5198T/MS5199T 的增益设置为 1、2、4、8、16 、
32、64 或 128。因此， 当采用 2.5V 基准时， 单极性电压范围为 0mV 至 19.53mV 到 0V 至 2.5V, 而双
极性电压范围为±19.53mV 至±2.5V。当仪表放大器可用时（增益≥4), 共模电压值((AIN (+) + AIN(- ))/2)
不得低于 0.5V。
如果 MS5198T/MS5199T 采用电压值与 AVDD 相等的外 部基准电压源，则在仪表放大器有效的情
况下，为保证能够正常工作， 模拟输入信号的电压不得高于 VREF/gain 的 90%。
5.3 双极性/单极性数据结构
MS5198T/MS5199T 的模拟输入端可接受单极性或双极性输入电压范围。双极性输入范围不代表器
件可以耐受相对于系统 GND 的负电压。AIN(+) 输入端的双极性信号和单极性信号均以 AIN(-)输入端的
电压为基准。
5.4 数据输出编码
当 ADC 配置为单极性工作模式时，输出码为自然（直接）二进制码；零差分输入电压对应的码为
00… 00 , 中间电平电压对应的码为 100…000 , 满量程输入电压对应的码为 111…111。
Code= (2^(N) x AIN x GAIN)/ VREF
当 ADC 配置为双极性工作模式时，输出码为偏移二进制码；负满量程电压对应的码为 000…000,
零差分输入电压对应的码为 100…000 , 正满量程输入电压对应的码为 111…111。任何对应于模拟输入
电压的输出码可表示为：
Code= 2^(N- 1)x [(AIN x GAIN/VREF) +1]
其中：AIN 表示模拟输入电 压； GAIN 表示仪表放大器的配置 (1 至 128 ) ; MS5198T 的 N 值为 16 , MS5199TT 的 N 值为 24。
5.5 Burnout 电流
MS5198T/MS5199T 内置两个 100 nA 恒流发生器：一个用于提供从 AVDD 到 AIN(+) 的电流源， 另
一个用于提供从 AIN(-)到 GND 的电流沉。这些电流切换至选定的模拟输入对。这两个电流或开或关，
取决于配置寄存器中 BO 位。在模拟输入通道上执行测量操作之前 ， 可以利用这些电流来确认外部传
感器是否正常工作。接通 burnout 电流后，电流流入外部传感器电路，然后便可在模拟输入通道上测量输入电压。如果测得的电压值为满量程，用户需要确认产生满量程电压的原因。满量程读数意味着
可能存在前端传感器开路，也可能是前端传感器过载，通过满晕程输出表现出来，或者缺少基准电
压，因此，导致数据位至全 1。当输出为全 1 时， 用户需要检查是否存在这三种情况 ， 然后做出判
断。如果测得的电压为 0V, 则可能是传感器短路。正常工作时， 应将 0 写入配置寄存器中的 BO 位，
以关闭 burnout 电流。电流源工作在常规绝对输入电压范围内，缓冲器开启。
5.6 参考电压
差分输入的 共模电压范围为 GND 至 AVDD 。基准电压输入是无缓冲式的；因此， 过大的 R-C 源阻
抗会导致增益误差。标称基准电压 REFIN(REFIN(+)- REFIN(- )) 为 2.5 V，但 MS5198T/MS5199T 可以采用
的基准电压的范围为 0.1V 至 AVDD 。如果应用中模拟输入端的传感器的激励电压或激励电流也为器件
提供基准电压，则可以消除激励源中低频噪声的影响，其原因是应用是比率式的。如果在非比率式应
用中采用 MS5198T/MS5199T， 应使用低噪声基准电压源。
另外，基准电压输入能够提供高阻抗、动态负载。由于各基准电压输入的输入阻抗是动态的，因
此这些输入端上的电阻与电容组合可能会导致直流增益误差，具体取决于驱动基准电压输入的信号源
的输出阻抗。
5.7 复位
对 MS5198T/MS5199T 连续写入 32 个 1，可以将器件的电路和串行接口复位。这样做可以将所有
片内寄存器复位为默认 值，同时复位逻辑、数字滤波器和模拟调制器。上电时会 自动执行复位操作。
启动复位操作后 ，用户必须等待 500 µs 才能访问片内寄存器。如果 SCLK 线路上的噪声导致串行接口变为异步状态，则需要执行复位以恢复同步功能。
5.8 AVDD 检测
MS5198T/MS5199T 除 能够转换外部电压以外， 还可以监控 AVDD 引 脚上的电压。当 CH2 至 CH0
位均为 1 时， AVDD 引 脚上的电压在内部衰减 6 倍， 所获得的电压施加于调制器之上， 器件采用 1.20
V 内部基准电压驱动以实现模数转换。 此特性的用处在于可以监控电源电压的波动。
5.9 校准
MS5198T/MS5199T 提供 4 种校准模式。用户可对模式寄存器内的模式位进行编程来选择校准橾
式。校准模式分别为内部零电平校准、内部满量程校准、系统零电平校准和系统满量程校准，执行校
准操作可明显降低因噪声而产生的失调误差和满量程误差。每次转换完成后，需利用 ADC 校准寄存器
对 ADC 转换结果进行调整， 然后， 将调整结果写入数据寄存器。转换结果先减去失调校准系数，然
后乘 以满量程系数。
为启动校准功能，必须将适当的值写入模式寄存器中的 MD2 至 MD0 位。当校准完成后 ， 相应校
准寄存器的内容会被更新， 状态寄存器中的 RDY 位被置 1 , DOUT/RDY 引脚变为低电平（如果 CS 低电平），MS5198T/MS5199T 返回至空闲模式。
内部零输入或满量程校准期间，各零输入和满量程输入在内部自动连接至 ADC 输入引脚。然而，
系统校准则要求在启动校准模式之前，将系统零电平电压和系统满量程电压施加于 ADC 。这样能消除
ADC 的外部误差。
从操作上来看， 校准就像 另一次 ADC 转换。如需要执行零电平校准，必须在执行满量程校准之
前执行零电平校准。系统软件应监视状态寄存器中 RDY 位或 DOUT/RDY 引脚，通过一个轮询序列或中
断驱动程序确定校准何时结束。
内部失调校准和系统失调校准均需要花费两个转换周期。由千 ADC 本身能持续消除失调 ， 此
时， 无需执行内部失调校准。
执行内部满量程校准，满量程输入电压会自动与此校准选定的模拟输入端相连。当增益为 1 时，
完成校准需要 2 个转换周期。 对于更高增 益， 执行满量程校准需要 4 个转换周期。DOUT/RDY 在校准
启动后变为高电 平，在校准完成后恢复低电平。
校准操作完成后 ， ADC 处于空闲模式。 测得的满量程系数保存在所选通道的满量程寄存器中。
当增益为 128 时，不允许执行内部满量程校准，但允许执行系统满量程校准。每次更改一个通道的增
益时，都需要执行满量程校准 ，以便将满量程误差降至最小。
内部满量程校准只能在特定更新速率条件下执行。当增益 为 1、2 和 4 时， 可以在任意更新速率
条件下执行内部满量程校准。但是，对于更高增益，则只能在更新速率小于或 等于 16.7 Hz、33.2 Hz
和 50 Hz 的条件下执行。然而， 满量程误差不因更新速率而改变 ， 因此，在某一更新速率条件下执行
的校准对所有更新速率均有效（假设增益或基准电压源保持不变）。
完成系统满量程校准需 要 2 个转换周期， 与增益设置无关。系统满量程校准可以在所有增益和所
有更新速率条件下执行。如需同时执行系统失调校准与系统满量程校准， 应在启动系统满量程校准前
执行系统失调校准。
5.10 数字接口
MS5198T/MS5199T 的可编程功能通过一组片内寄存器控制。数据通过串行接口写入这些寄存器，
该接口还提供对片内寄存器的读取访问。与器件的所有通信必须从对通信寄存器的写操作开始。上电
或复位后，器件等待对其通信寄存器进行写操作。写入该寄存器的数据决定下一个操作是读操作还是
写操作以及该操作发生在哪个寄存器上。因此，对任何寄存器的写入数据均始于对通信寄存器的写操
作，再对所选寄存器的执行写操作。从任何其他寄存器进行的读取操作（选择连续读取模式时除外）
始于对通信寄存器的写操作，再对所选寄存器的执行读取操作。
MS5198T/MS5199T 的串行接口包含四个信号：CS，DIN，SCLK 和 DOUT/RDY。 DIN 线路用于将数
据传输到片内寄