低阻域 ADC 与参考源选型理论分析

电化学仪器白超2026-07-07 13:18

低阻域 ADC 与参考源选型理论分析

编制人 ：电化学仪器白超

版本 ：v1.5.5

日期 ：2026-07

文档性质 ：测量板 S1 阶段 专题论证；非 元器件 BOM 冻结

上位依据 ：电位分析仪测量板前期技术方案 v7.8（E-01/02/03a/b、§5.2、§6.2）


▲ 图1 架构图

目录

  • 一、问题陈述与约束提炼
    • [1.2.1 可编程增益 = 1（冻结）](#1.2.1 可编程增益 = 1（冻结）)
    • [1.2.2 输出数据速率 / 100 ms 单链（冻结）](#1.2.2 输出数据速率 / 100 ms 单链（冻结）)
  • [二、误差预算：从 E-03a/b 反推 ADC 与参考](#二、误差预算：从 E-03a/b 反推 ADC 与参考)
  • [三、ADC 架构选型（Σ-Δ 与逐次逼近型）](#三、ADC 架构选型（Σ-Δ 与逐次逼近型）)
  • 四、单一测量链与系统级计量流程
  • [五、ADC 关键参数与候选比选](#五、ADC 关键参数与候选比选)
    • [5.1 必选参数清单](#5.1 必选参数清单)
    • [5.2 候选器件](#5.2 候选器件)
    • [5.4 32 bit 补充比选](#5.4 32 bit 补充比选)
    • [5.5 选型顺序与流动性](#5.5 选型顺序与流动性)
    • [5.6 S1 测试矩阵](#5.6 S1 测试矩阵)
    • [5.7 数据手册摘录（噪声 + 工频差模抑制比）](#5.7 数据手册摘录（噪声 + 工频差模抑制比）)
  • 六、参考电压选型
  • [七、外部参考源与链 A 溯源](#七、外部参考源与链 A 溯源)
  • [八、推荐方案与 S1 验证计划](#八、推荐方案与 S1 验证计划)
  • 九、与主文档索引关系

目录锚点为显式 HTML id，Cursor / VS Code 预览可直达。

一、问题陈述与约束提炼

1.1 测量对象（低阻域）

项 冻结值 代号
电位量程 ±2400 mV E-01
内部分辨率 0.001 mV（1 µV 量化步进） E-02
准确度（参考） ±0.01 mV @ 25±2 ℃、Rs≤100 Ω E-03a
准确度（运行） ±0.1 mV @ 10~40 ℃、Rs≤100 Ω E-03b
输出周期 100 ms/帧（板级冻结） E-23
低频噪声 ≤0.003 mV p-p （0.1~10 Hz；主机长窗 闭合 E-03a） E-12

信号链（低阻段）：

复制代码 
电极/标准源 (R_s≤100 Ω) → ADA4530-1（单位增益缓冲）→ 抗混叠/调理 → Σ-Δ ADC → MCU

高阻前端（1 GΩ、Guard）与本文 解耦论证 ：低阻 E-03a/b 的瓶颈在 ADC 噪声 + 参考稳定度 + 温漂 + 溯源 ，不在 ADA4530 的 fA 级 Ib。

1.2 板级架构冻结（两条，并列）

# 冻结项 要点
1 可编程增益 = 1 对齐 E-01 ±2400 mV （R4 ）；上电至关机 不改 G ；详 §1.2.1
2 100 ms/帧 单链 单一输出数据速率/滤波寄存器；禁止 板固件模式切换；详 §1.2.2

E-03a / E-03b 差异在 主机后处理 （TC-L 长窗 vs TC-E 单帧），不在 板级第二套输出数据速率（§四、主方案 §5.2）。
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100 ms/帧
主机/工装
E-03a

≥1 s 均值
E-03b

100 ms 读数

显示 / 标称 bit / 准确度 ：E-02（1 µV 显示） 、24 bit LSB（≈0.29 µV） 、E-03a（±0.01 mV） 三者 不可混 ；S1 闭合看 §二 有效位数 与 §5.6 实测 ，不看标称 24/32 bit 字长 alone（辨析 §3.2、§5.4）。

结论 ：一颗 Σ-Δ ADC 、一套 硬件配置服务全量程；冻结依据是 实测有效位数/噪声 @ 100 ms，不是标称 bit 数。

1.2.1 可编程增益 = 1（冻结）
要点 说明
量程 一次覆盖 pH（~±600 mV）与 Redox（±2400 mV）；未知首测无削顶
噪声 AD7175 Table 6 @ 16.66 样点/秒 ：p-p 0.45 µV （输入缓冲关断）--- ≪ E-03b
系数 单套 零点/增益/积分非线性/温漂；无 运行 Autorange / 动态换档（防 DET 假阶跃，R4）
工装 出厂写 EEPROM 可对 单检定点临时改 G --- 板仍 100 ms 出数，非板「校准模式」

固件 ：初始化 G=1 后 不改 可编程增益/输出数据速率；S1 验证 ±2000 mV 无削顶 、@ 600 mV 无噪声有效位 ≥21 bit。

1.2.2 输出数据速率 / 100 ms 单链（冻结）
参数 冻结（S1 微调） AD7175-2 手册典型
板输出 100 ms/帧 （E-23） Table 6/7 ：16.66 样点/秒 （~60 ms）或 5 样点/秒 （200 ms）；无 10 样点/秒 典型行
滤波 sinc5+sinc1 + Enhanced （全球工频）或 sinc3（冻结后不改） Enhanced 16.667 样点/秒 ：50+60 Hz 同时 90 dB
闭合 无噪声有效位 ≥21 bit Table 6 @ 16.66 样点/秒：24 bit p-p resolution

100 ms 出帧 ≠ ADC 必须 10 样点/秒 ：推荐 16.66 样点/秒 Enhanced （~60 ms 新样）+ 固件 每 100 ms 锁存上报 。10.00 样点/秒 仅 Table 19/20 可配，不作 S1 主比选 （噪声/工频差模抑制比见 §5.7）。

二、误差预算：从 E-03a/b 反推 ADC 与参考

2.1 准确度分解（GUM 思路）

出厂准确度（E-03a 或 E-03b）在低阻五点上的合成：

U c 2 = U r e f 2 + U n o i s e 2 + U d r i f t 2 + U l i n 2 + U C M 2 + ⋯ U_c^2 = U_{\mathrm{ref}}^2 + U_{\mathrm{noise}}^2 + U_{\mathrm{drift}}^2 + U_{\mathrm{lin}}^2 + U_{\mathrm{CM}}^2 + \cdots Uc2=Uref2+Unoise2+Udrift2+Ulin2+UCM2+⋯

ppm 换算 ：相对满量程 FS = 4800 mV （E-01 ±2400 mV 双极性 Span）；1 ppm FS ≈ 0.0048 mV 。下表 k=2 分量预算以 ppm FS 列出（与 ADC 积分非线性、参考电压温漂等手册单位一致），括号内 mV 便于对照 E-03a/b 出厂判据。

分量 E-03a 预算（k=2） E-03b 预算（k=2） 主要承载
外部参考 / 链 A ≈1.0 ppm FS（0.005 mV） （已含于宽温合成） 标准器、分压、SMU
ADC+模拟前端随机 ≈0.8 ppm FS（0.004 mV） ≈8.3 ppm FS（0.04 mV） ADC、滤波、50 Hz
温漂（10~40 ℃） 可忽略 @ 25±2 ℃ ≈15 ppm FS（0.07 mV） 参考电压、可编程增益、运放
线性/增益误差 ≈0.6 ppm FS（0.003 mV） ≈6.3 ppm FS（0.03 mV） 校准系数；ADC 积分非线性 typ 1~3 ppm（§5.1.1）
合成上限 ≈2.1 ppm FS（0.01 mV） ≈21 ppm FS（0.1 mV） E-03a / E-03b

主方案 §6.2 已给出 E-03b 宽温扩展 ≲0.09 mV （≈19 ppm FS ）与 ±0.1 mV 余量 --- 与本表一致。

2.2 由 E-03a 反推噪声底

设满量程 FS = 4800 mV （±2400 mV），目标随机噪声标准差 σ ≈ 0.003 mV（支撑 E-12 与 E-07 ≤0.01 mV/min）：

N e f f = log ⁡ 2  ⁣ ( F S σ ⋅ 12 ) ≈ log ⁡ 2  ⁣ ( 4800 0.003 × 3.46 ) ≈ 18.9 bit N_{\mathrm{eff}} = \log_2\!\left(\frac{\mathrm{FS}}{\sigma \cdot \sqrt{12}}\right) \approx \log_2\!\left(\frac{4800}{0.003 \times 3.46}\right) \approx 18.9\ \text{bit} Neff=log2(σ⋅12 FS)≈log2(0.003×3.464800)≈18.9 bit

考虑 50 Hz 残余、1/f 抬升、前端分配 （ADA4530 输出噪声通常低于 ADC 输入噪声预算），工程取 ≥21 bit 有效 （§5.1 ）留 ≈2 bit 余量 --- 合理。

2.3 由 E-03b 反推（@ 100 ms 单链）

100 ms/帧 （板级 E-23 ）下，AD7175-2 手册 Table 6 典型输出数据速率为 16.66 样点/秒 （建立 ~60 ms）：p-p 0.45 µV 、peak-to-peak resolution 24 bit （输入缓冲关断）；5 样点/秒 噪声更低（0.34 µV p-p ）但周期 200 ms --- 见 §1.2.2、§5.7 。Table 6/7 不含 10 样点/秒 典型行。

三、ADC 架构选型（Σ-Δ 与逐次逼近型）

3.1 架构对比（@ mV 级、低带宽）

维度 Σ-Δ （标称 24/32 bit ，同架构） 逐次逼近型（18~20 bit）
低频噪声 优（噪声整形） 中~差（宽带噪声底）
50 Hz 抑制 sinc 零点 + 陷波 成熟 靠外部滤波，难达 E-12
有效位数 @ ~10 Hz 21~24 无噪声有效位（@ 100 ms 单链，§5.7） 通常 ≤20 bit
标称 32 bit 边际 输出字长 ↑ ；@ 同级 输出数据速率 有效位数通常 +0~1 bit （§5.4），非新架构 ---
建立时间 毫秒~秒级滤波 微秒级
多通道 AD7175/7177、ADS1261/1262、ADS131 等 常见但噪声较高
代表器件 24 bit ：AD7175-2、ADS1261；32 bit：AD7177-2、ADS1262 一般不选

说明 ：32 bit Σ-Δ 与 24 bit Σ-Δ 共用 modulator + 数字滤波 路线，差异在 数据手册字长 与 极低 输出数据速率 噪声 ；比选时 不单独开架构列 ，并入 Σ-Δ 池，以 §5.4 / §5.7 评估板 裁决。

结论 ：在 E-03 + E-12 约束下，Σ-Δ（含 24/32 bit 标称） 为可行架构；逐次逼近型不选 。标称 bit 数 ≠ 有效位数 ，须 100 ms 单链实测（§5.4、§5.7）。

3.2 标称位数与有效位数

数据手册 24 bit 或 32 bit 指 无丢码输出字长 ，≠ 有效位数 。100 ms 单链 下 AD7175-2 类 24 bit 器件 无噪声有效位仍可达 23~24 bit （§5.7）；32 bit 在同级 输出数据速率 下 通常仅 +0~1 bit（§5.4）。

四、单一测量链与系统级计量流程

4.1 职责分界（绑定主方案 §5.2）

层级 职责 禁止
测量板 可编程增益=1 + 100 ms/帧 连续输出 板固件 校准/检定/运行 模式；输出数据速率/可编程增益 切换
主机/工装 控源、等建立、长窗统计、JJG 计时、写系数 ---

4.2 系统级流程（非板模式）

流程 主机动作 板行为 绑定 E
出厂计量 链 A 稳定 → 采 ≥1 s 流 → 算系数 100 ms/帧 E-03a、E-04、E-07
日常 / DET 读帧或短窗 100 ms/帧 E-03b、E-23
JJG 高阻 ≥5·τRC 后长窗代表值 100 ms/帧 E-05、E-08~11

4.3 工频抑制（50 / 60 Hz，板级硬需求）

实验室 工频耦合 影响 E-12、E-07、E-03b；E-13 在主方案中 @ 50 Hz 冻结（国内送检/JJG 实验室）。出口或全球机型 须同等考虑 60 Hz。

性能可承诺边界 ：仅在 S1 实测 工频差模抑制比/陷波达标 的工频下，对 E-03b / E-12 / E-07 作出厂承诺；下表 国家/地区 为 电网工频参考（非穷尽；电压等级另查当地标准）。

区域 / 场景 工频 典型国家/地区（电网） 板级（冻结链内） 主机 / 系统（可选）
国内出厂 / JJG 50 Hz 中国大陆、香港、澳门 （台湾 60 Hz 见下行） Guard + 布局；ADC sinc/工频差模抑制比 对准 50 Hz（与 100 ms 输出数据速率 联调） DFT 50 Hz；长窗（E-03a）
出口（60 Hz 市场） 60 Hz 美国、加拿大、墨西哥 ；中国台湾、韩国、菲律宾 ；沙特阿拉伯 ；巴西、哥伦比亚、秘鲁、委内瑞拉 等多数拉美国家 零点/输出数据速率 覆盖 60 Hz 或 50/60 同时抑制 DFT 60 Hz；区域配置
全球统一硬件 50 + 60 Hz 上两档并集 + 日本 （东 50 / 西 60，须按销售地配置） 选手册 50/60 Hz 同时抑制 输出数据速率；禁止仅验 50 Hz 即冻结 主机按 目的地 选 50 或 60 Hz 陷波
4.3.1 工频---国家/地区对照（销售参考）

来源：各国/地区 公用电网标称频率 （IEC 通用惯例；个别偏远地区或工业专线可能例外）。仪器销售清单 应 以目的地工频为准 勾选 S1 验收项。

工频 主要国家/地区（按市场常用归类）
50 Hz 中国大陆、香港、澳门 、英国 、爱尔兰、欧盟 （德、法、意、西、荷、北欧等）、印度 、俄罗斯、澳大利亚 、新西兰、南非 、埃及、土耳其、阿联酋 、泰国 、新加坡、马来西亚、印尼、越南、巴基斯坦、孟加拉、阿根廷 、智利、肯尼亚、尼日利亚 等
60 Hz 美国 、加拿大 、墨西哥 、中国台湾 、韩国 、菲律宾 、日本 （关西·中四国·九州·冲绳等 60 Hz 区）、沙特阿拉伯 、巴西、哥伦比亚、秘鲁、厄瓜多尔、哥斯达黎加、巴拿马、洪都拉斯 等
50 / 60 Hz 分区 日本 （关东·东北·北陆 50 Hz / 关西以西 60 Hz --- 同一国家须按交付地区选陷波）；少数边境/历史电网交界区（工程个案处理）

与本板指标的对应关系：

若 S1 闭合项 可承诺销售（工频维度） 备注
仅 50 Hz 工频差模抑制比 + E-13 @ 50 Hz 50 Hz 表 所列国家/地区 当前国内型式默认；不含 60 Hz 纯电网国
仅 60 Hz 工频差模抑制比 60 Hz 表 所列国家/地区 须单独 S1 记录
50 Hz + 60 Hz 均闭合（或 同时覆盖 50/60 Hz 的输出数据速率） 两表并集（含日本全境按配置） 全球一台 BOM 推荐目标
均未闭合 仅声明工频无关或实验室电池供电验证 不可对 E-12/E-07 作工频耦合承诺

S1 比选要求：

  1. 候选 ADC 数据手册须给出 50 Hz 与 60 Hz 的 工频差模抑制比 / sinc 零点 （或等效陷波深度）--- 不得只核对 50 Hz。
  2. 100 ms 单链 下所选 输出数据速率/滤波器须在 目标工频 上达到 ≥90 dB （芯片级，§5.7）；系统 E-13 ≥120 dB @ 50 Hz 仍按主方案 国内型式 验收。
  3. 若 BOM 全球统一 ：冻结输出数据速率 时 50 Hz 与 60 Hz 须同时合格 ，或明确 分区域固件/主机配置 （仅改寄存器/陷波，不改 100 ms 帧率）。

与 E-03a ：工频抑制在 板级 完成；随机噪声靠 主机长窗 ，不要求 板降低输出数据速率。

五、ADC 关键参数与候选比选

5.1 必选参数清单（S1 比选表头）

参数进入 §2.1 的 Ulin、Udrift 等分量，直接支撑 E-04 与 E-03b。

层级 参数 E-03a / E-03b 门限（100 ms 链） 绑定 E 手册
P0 无噪声有效位 ≥21 bit E-12、E-03a/b ✓
P0 p-p 噪声 @ 冻结输出数据速率 ≤ 手册典型 （查 §5.7 @ 冻结输出数据速率） E-12 ✓
P0 积分非线性 typ；校准后 ≤3 ppm ；≤2 ppm E-04 ✓
P0 增益温漂 typ ≤0.5 ppm/℃ E-03b ✓
P0 50/60 Hz 工频差模抑制比 ≥90 dB （绑定输出数据速率+滤波，§5.7） E-12、E-07；§4.3 ✓
P1 零点/增益误差 校准前看；校准后≈噪声级 五点标定 ✓
P1 建立时间 ≤100 ms 可得稳定新值 E-23 ✓
P2 系统共模抑制比 @ 50 Hz ≥120 dB E-13 实测
P2 长期漂移 / 热滞回 / 微分非线性 建议看；微分非线性通常不单独承诺 E-07 △

0.1~10 Hz ≤0.6 µVp-p 为 E-12 反推预算 --- 手册无直接行，须 S1 屏蔽实测。

5.1.1 积分非线性与 E-04

JJG 五点 0 / ±600 / ±2000 mV （≥80% 量程）。单点增益校准不够 ，须 多点系数 ；积分非线性属 Ulin，与噪声分列。

积分非线性（ppm FSR） @ ±2.5 V 满量程端 E-04（≤10 µV）
±1（AD7175 typ） ±2.5 µV ✓ 校准前
±2（ADS1261 typ） ±5 µV ✓
±12（ADS1261 max, 高 G） ±30 µV △ 靠标定 + 可编程增益=1

候选 typ 1~3 ppm 均优于 E-04 一个数量级；风险在 未做五点校准 或 运行时改可编程增益/输出数据速率（R4）。

5.1.2 工频差模抑制比（差模 vs 共模）

§4.3 要求 50 Hz 与 60 Hz 分列抄录。工频差模抑制比与输出数据速率/滤波强绑定 （同芯片可差 >40 dB ）。工频差模抑制比 ≥90 dB ≠ E-13 自动合格 （E-13 为 系统共模）。

比选要点 ：抄录须同配置 可编程增益=1、片外参考电压、输入缓冲关断 ；全球优先 50+60 同时抑制 （ADI Enhanced、TI FIR）；AD7175 Table 6/7 典型输出数据速率为 5 / 16.66 样点/秒 （不含 10 样点/秒 摘录）。输出数据速率与 100 ms 出帧 、各型号 冻结组合 见 §5.2 备注列 + §5.7。

5.2 候选器件（预选，S1 实测后冻结）

器件 流动性 噪声（手册） 积分非线性 温漂 工频差模抑制比 @ 冻结链（§5.7） 备注
AD7175-2 A 16.66 样点/秒 ：0.45 µV p-p；5 样点/秒：0.34 µV ±1 ppm 0.4 ppm/℃ Enhanced 16.667 样点/秒 ：50+60 90 dB 主比选；100 ms 出帧
ADS1261 A 20 样点/秒：1.1 µV；10 样点/秒 Table 1 ±2 ppm 0.5 ppm/℃ 10 样点/秒 sinc4 136/100 dB；FIR 111/94 dB 禁 20 样点/秒 sinc4 @ 50 Hz（72 dB）
AD7172-2 A 同系略高于 7175 ±1 ppm 0.4 ppm/℃ 同 717x Enhanced 成本备选
AD7177-2 B 5 样点/秒：0.21 µV p-p ±1 ppm 0.4 ppm/℃ 同 717x 32 bit；边际 +0~1 bit
ADS1262 B 同 1261 系 3 ppm 0.5 ppm/℃ Table 7 同 1261 同系 32 bit
ADS131M04 A ~20 bit @ 1 k样点/秒 DS DS 须查 DS 多通道；余量偏紧

S1 最低 ：AD7175-2 + ADS1261 双 A 级评估板；§5.6 矩阵 + §5.7 手册交叉验证。

5.3 前端接口

可编程增益=1 ，ADC ±参考电压 ≈ ±2.5 V （E-01 留 ≥20% 余量）；E-21 ±3000 mV → TVS + 限流 + ADC 钳位。

5.4 32 bit 补充比选

标称 32 bit = 输出字长 ≠ 有效位数 ；@ 同级 输出数据速率 较 24 bit 通常 +0~1 bit （7177 @ 16.66 样点/秒 噪声未必优于 7175）。纳入比选池，非默认路线 ；LTC2500-32 类 不作 S1 主路线。

条件 建议
24 bit 双机种 ≥21 bit 且余量 ≥1.5 bit 不必 改 32 bit
卡在 20~21 bit 或 0.1~10 Hz >0.6 µV 加测 7177 / 1262

E-02（1 µV 显示）靠 软件格式化 ，与 24/32 字长 无必然对应 （详 §6.4）。

5.5 选型顺序与流动性

顺序 ：① 性能（§5.6 + §5.7）→ ② A/B 级流动性 → ③ 评估板/驱动 → ④ 成本。禁 D 级/NRND 唯一渠道。

等级 代表 中国常备
A 7175、1261、7172、131M04 ✓
B 7177、1262 △ 可订
D 杂牌/NRND 无后继 回避

冻结输出 ：主选 7175 或 1261 + ≥1 个 A 级 pin-compatible 备选 ；32 bit 实测定夺，不预冻结。

5.6 S1 测试矩阵

# 测试项 条件 通过判据
1 短接测有效位数 100 ms 链，可编程增益=1 无噪声有效位 ≥21 bit
2 0.1~10 Hz 屏蔽、电池 ≤0.6 µV @ ADC 输入
3 五点线性 链 A，主机 ≥1 s E-03a ≤±0.01 mV ；积分非线性 ≤2 ppm
4 宽温准确度 100 ms 帧 @ 10/25/40 ℃ E-03b ≤±0.1 mV
5 增益温漂 10 / 25 / 40 ℃，600 mV 合成 ≤0.1 mV
6 50 / 60 Hz 工频差模抑制比 差模注入，冻结输出数据速率+滤波 各 ≥90 dB（全球同轮）
7 共模抑制比 @ 50 Hz Guard，共模注入 E-13 ≥120 dB （≠ #6）

5.7 数据手册摘录（噪声 + 工频差模抑制比）

TI SBAS760C 、ADI AD7175-2 Rev. B ；25 ℃、短接、可编程增益=1、片外参考电压 。v1.0~v1.1 噪声/输出数据速率 误引已更正 （勘误对照见 Git c8899c3 原 §6.7.1）。

AD7175-2 --- Table 6（sinc5+sinc1，输入缓冲关断）

输出数据速率 p-p (µV) 周期 备注
16.66 0.45 ~60 ms 100 ms 出帧 + Enhanced
5 0.34 200 ms 噪声最优

AD7175-2 --- Enhanced / EC（50+60 Hz 同时，±1 Hz）

输出数据速率 建立 抑制 (dB) 100 ms 链
16.667 60 ms 90 ✓ 推荐
20 50 ms 85~90 △
27.27 37 ms 47 ✗

ADS1261 --- Table 7 @ ±2%

输出数据速率 滤波 50 Hz 60 Hz 全球
10 sinc4 136 100 ✓
10 FIR 111 94 ✓
20 FIR 95 94 ✓
20 sinc4 72 136 ✗ @ 50 Hz

S1 比选表须填 ：冻结输出数据速率、滤波、工频差模抑制比@50/@60、是否 50+60 同时、对齐 §4.3 销售区域。实测 ≥90 dB （或手册典型且不差 −3 dB）方可作工频性能承诺。

六、参考电压选型

6.1 参考电压在误差预算中的位置

Σ-Δ ADC 为 绝对电压测量 ：参考电压稳定度 → 增益误差 → 读数比例误差。

ε V ≈ Δ V r e f V r e f ⋅ V i n \varepsilon_V \approx \frac{\Delta V_{\mathrm{ref}}}{V_{\mathrm{ref}}} \cdot V_{\mathrm{in}} εV≈VrefΔVref⋅Vin

@ 600 mV 输入、参考电压=2.5 V 、ΔVref/Vref = 1 ppm → ε ≈ 0.6 µV --- 对 E-03a 可忽略 ；

@ 15 ℃ 偏离 、0.5 ppm/℃ → 7.5 ppm → ε ≈ 4.5 µV --- 仍远小于 E-03b 预算。

结论 ：ADC 片外精密参考电压 温漂 ≤3~5 ppm/℃ 即可支撑 E-03b；E-03a 建议 ≤2 ppm/℃。

6.2 内部参考电压 vs 外部参考电压

方案 优点 缺点 建议
ADC 内部参考电压 BOM 少 温漂/噪声通常 劣于 片外 不推荐 作 E-03a 冻结
片外 2.5 V/4.096 V 基准 低漂移、可单独老化筛选 +1 颗 LDO/缓冲 推荐
R-2R 比例基准（ratiometric） 抗 参考电压漂移 mV 绝对测量 失去溯源 不适用 本板

6.3 参考电压候选（与 ADC 配套）

基准 输出 温漂（typ） 噪声 适配
ADR4525 2.5 V 2 ppm/℃ 1.25 µV p-p AD7175/ADS1261
REF5025 2.5 V 3 ppm/℃ 低 成本敏感
LT6660-2.5 2.5 V 5 ppm/℃ 低 仅 E-03b 余量足够时

布局要点 ：参考电压走线 Kelvin 到 ADC REFIN ；与 模拟地单点 汇合；远离 Σ-Δ 开关电流路径；0.1 µF（X7R）+ 10 µF 钽 去耦。

6.4 参考电压与 E-02（1 µV 分辨率）关系

显示分辨率 1 µV 由 软件缩放 实现：

LSB d i s p l a y = F S 2 N e f f × 1 G s c a l e \text{LSB}{\mathrm{display}} = \frac{\mathrm{FS}}{2^{N{\mathrm{eff}}}} \times \frac{1}{G_{\mathrm{scale}}} LSBdisplay=2NeffFS×Gscale1

硬件 有效位数≈21 bit 时，FS=4800 mV → 0.003 mV/LSB ；软件 ÷3 插值或 d 显示格式化 可得 0.001 mV 显示 --- 不违反 E-02（内部分辨率 ≠ ADC 物理 LSB）。

七、外部参考源与链 A 溯源

7.1 两个「参考」概念（禁止混用）

名称 位置 作用 指标
参考电压 ADC 板级 增益/量化基准 ppm/℃、µV 噪声
链 A 标准源 计量实验室 真值溯源 U(k=2) ≲ 0.005 mV

E-03a ±0.01 mV 的 真值 来自 链 A，不是 参考电压本身。

7.2 链 A 技术路线（摘自主方案 §6.2，低阻专用）

路线 配置 U(k=2) @ mV 档 阶段
1 Fluke 5720A/5730A + 精密分压 0.003~0.005 mV 出厂推荐
2 JJG919 0.0006 级 检定仪（pHC-2A 级） 查证书 与链 C 统一
3 SMU（6½ 位）+ 标准电阻比对 0.005~0.010 mV S4 研发

五点检校 ：0、±600、±2000 mV（E-03a TC-L）--- 须 覆盖 ≥80% 量程 以约束增益线性度（E-04 ≤0.01 mV）。

7.3 标准源 ↔ ADC 校准流程（E-03a 闭合）

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板：100 ms 流

可编程增益=1
主机 ≥1 s 统计
五点系数 → EEPROM
E-03a ±0.01 mV
E-03b 100 ms 帧

10/25/40 ℃

关键 ：板 始终 100 ms ；系数由 工装/主机 在稳定源下采流写入；不改 输出数据速率/可编程增益 （R4）。

八、推荐方案与 S1 验证计划

8.1 阶段性推荐（待 S1 实测修正）

层级 推荐 置信度
板级架构 可编程增益=1 + 100 ms 单链 （§1.2） 高（已决策）
ADC（主比选） AD7175-2 或 ADS1261 @ 100 ms 链 中 --- 评估板
E-03a/b 闭合 同链 ；E-03a = 主机长窗 + 链 A 高（流程）
参考电压 ADR4525 + 缓冲 中高
链 A SMU 研发 → 5720A + 分压 出厂 高（流程）

8.2 S1 噪声分解表（交付物模板）

环节 预算 / 实测 单位 占比
ADA4530 + 电阻 µV p-p
ADC 本体（0.1~10 Hz） ≤0.6 µV p-p
参考电压耦合 µV p-p
50 Hz 残余（芯片+滤波） µV p-p §5.7
60 Hz 残余（出口/全球） µV p-p §5.7
数字滤波后 µV p-p
合成 → mV ≤0.003 mV p-p E-12
→ E-03a 闭合 ≤0.01 mV 含链 A

8.3 S1 通过判据

  • §5.6 测试矩阵 #1~#7 全部闭合
  • 固件 无 输出数据速率/可编程增益 模式切换 （R4）
  • 流动性：冻结型号 + A 级备选（§5.5）
  • 结论回写主方案 §6.2「ADC 选型约束」

九、与主文档索引关系

主题 主方案位置 本文
板级架构 §5.2 ch-52 §1.2（可编程增益 + 输出数据速率 冻结）、§四
E-03a/b 判定 §4.1 ch-41-e03 §1.2.2、§四
有效位数 / 线性预算 §6.2 ch-62 §二、§5.1~§5.7
工频差模抑制比 / 出口 §5.3（E-13 @ 50 Hz） §4.3、§5.1.2、§5.7
链 A 标准器 §6.2 链 A 表 §7.2
高阻 / 1 GΩ §5.3 不在本文

修订 ：S1 冻结 ADC/参考电压 型号后，回写主方案 §6.2「ADC 选型约束」表 一行冻结结论 ；链 A 路线确定后更新 附录 C。

修订记录

版本 说明
v1.5.5 §2.1 误差预算改 ppm FS 主列；公式 $$ 化；新增 图 0 架构总览
v1.5.4 正文简称改中文全称（输出数据速率、可编程增益、工频差模抑制比等）；样点/秒 替 SPS
v1.5.3 发表前审核：§5.1 p-p 门限表述、§2.2/§5.7 交叉引用、目录与 §5.4/§5.5 标题对齐
v1.5.2 全文序号重排 ：原 §四~§十 → §三~§九 （取消缺号）；锚点 #ch-03#ch-09**、**#ch-054#ch-057 同步
v1.5.1 取消独立 §三 ：板级冻结 §1.2 吸收原 §3 精华（§1.2.1 PGA、§1.2.2 ODR ）；锚点 #ch-032/#ch-033 保留
v1.5.0 §三 更名「板级测量链冻结」；§3.1 显示/标称 bit/准确度辨析
v1.4.9 §3.2.1 勘误：AD7175 Table 6 典型为 16.66 / 5 样点/秒 ；删除误引 20 样点/秒 / 0.75 µV / 23.7 bit（Table 20 buf on）
v1.4.8 §六 去冗余 ：合并 INL/NMRR/参数表；删 §6.7.1~6.7.3 、原 §6.6 重复权重表；保留 §6.2 候选 + §6.7 手册摘录 + §6.6 S1 矩阵
v1.4.7 勘误 AD7175-2 输出数据速率（Table 6/7 典型 5 / 16.66 样点/秒 ）；全文基线 Git c8899c3
v1.4.6 §6 NMRR 升格 P0 ；§6.1.3 工频比选规则；§6.7.4 手册 50/60 Hz 数值表；§6.2/§6.7.2/§9 S1 同步
v1.4.5 §5.3 增 典型国家/地区 列；§5.3.1 工频---国家对照与 S1 闭合→可销售 映射
v1.4.4 §5.3 扩展 50/60 Hz 国内/出口/全球一台分析；§6.1/§6.6 同步
v1.4.3 §4.1 纳入 24/32 bit Σ-Δ 同架构 说明
v1.4.2 §3.2.1 更名「可编程增益=1 设计要点」
v1.4.1 §3.3 移除 E-03a/b 系统层对照表（归主方案 §4.1/§5.2）
v1.4 100 ms 单链冻结（与 可编程增益=1 并列）；删除板级校准/运行双 输出数据速率
v1.3.1 §3.2 收束：突出 可编程增益=1；删 B/C/D 比选表
v1.2 数据手册复核：§6.7 勘误 v1.0~1.1 噪声/温漂/ODR 误引；§6.1/§6.6 补充 INL/静态指标与 E-04 闭合
v1.1 新增 §6.4 24/32 bit 辨析、§6.5 性能优先 + 全球/中国流动性分级；扩展候选表
v1.0 首版：低阻 E-03a/b 误差预算、Σ-Δ 双模式、参考电压与链 A 分工、S1 比选判据

电化学仪器白超 · 2026-07

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