CXAS42304是一款高性能单通道模拟前端芯片，专门针对电子测温枪和高精度低频测量应用优化。芯片采用先进的Σ-Δ转换技术，实现24位无丢失代码性能，能够直接处理来自传感器的微弱差分信号。其内部集成可编程增益放大器（固定增益128倍）和数字滤波器，支持全差分模拟输入和外部基准电压输入。特别值得一提的是，芯片内置高精度数字温度传感器，可直接测量芯片温度，为温度补偿和系统监控提供便利。
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[ CXAS42304 ]
CXAS42304高精度电子测温枪专用模拟前端芯片：单通道24位ADC详解
在医疗电子、工业测控和消费类电子领域，高精度温度测量和低频信号采集对模拟前端芯片提出了严格要求。CXAS42304作为一款专为电子测温枪和高精度低频测量系统设计的单通道模拟前端芯片，集成了24位Σ-Δ ADC、低噪声放大器和片内温度传感器，为系统设计者提供了高集成度、低功耗和高精度的完整解决方案。本文将全面解析CXAS42304的技术特性、应用设计和系统优势，助力工程师实现高性能测量系统设计。
一、芯片概述与市场定位
CXAS42304是一款高性能单通道模拟前端芯片，专门针对电子测温枪和高精度低频测量应用优化。芯片采用先进的Σ-Δ转换技术，实现24位无丢失代码性能，能够直接处理来自传感器的微弱差分信号。其内部集成可编程增益放大器（固定增益128倍）和数字滤波器，支持全差分模拟输入和外部基准电压输入。特别值得一提的是，芯片内置高精度数字温度传感器，可直接测量芯片温度，为温度补偿和系统监控提供便利。
与多通道版本相比，CXAS42304在保持高性能的同时，通过优化架构实现了更小的封装尺寸和更低的系统成本，特别适合空间受限的便携式设备，如电子体温计、环境监测仪和工业传感器节点。
二、核心功能特点
· 单通道全差分输入：支持一对全差分模拟输入，有效抑制共模干扰
· 24位高精度ADC：无丢失代码性能，确保测量准确性
· 片内温度传感器：直接输出数字温度值，简化系统设计
· 固定高增益：128倍低噪声放大器，适合微小信号放大
· 优异线性度：非线性误差仅±0.001%，保证全量程精度
· 抗干扰能力强：同步抑制50Hz/60Hz电源干扰
· 内置时钟振荡器：无需外部晶体或时钟电路
· 简单串行接口：二线制通信（PD_SCK和DOUT）
· 宽电压工作：2.6V-5.5V单电源供电
· 多封装选项：SOP8、DIP8、TSSOP8满足不同安装需求
三、管脚功能与系统连接
CXAS42304采用紧凑的8引脚封装，管脚定义清晰，便于系统布局：
· VREF（引脚1）：基准电压输入，支持1.8V至AVDD范围
· AGND（引脚2）：模拟地，为模拟电路提供参考地
· AIN-/-AIN+（引脚3/4）：差分模拟输入负端/正端
· PD_SCK（引脚5）：掉电控制与串口时钟输入
· DOUT（引脚6）：串行数据输出
· DVDD/AVDD（引脚7/8）：数字/模拟电源输入
在实际应用中，需要注意AVDD电压不应高于DVDD电压，且所有未使用的数字输入引脚应连接到适当的电平，避免浮空。
四、电气特性与性能参数
在推荐工作条件下，CXAS42304展现出卓越的测量性能：
· 有效分辨率：在10Hz输出速率下提供16位无噪声精度
· 输入电压范围：差分输入范围为±0.5×(VREF/128)V
· 共模输入范围：AGND+0.9V至AVDD-1.3V
· 温度测量：15位有效精度，范围-40℃至+85℃
· 功耗特性：3V供电时工作电流仅1080μA，待机电流低至0.5μA
· ESD保护：HBM模式4000V，MM模式300V
这些参数确保了芯片在苛刻环境下仍能保持稳定可靠的性能，特别适合电池供电的便携设备。
4.1. 绝对最大额定值范围
注：如果强制将器件在超出本表中所列的条件之下工作可能造成器件永久损坏，此表列出的仅是工
作应力的极限，并不表示器件可以工作于表中所列条件之下，或是那些超越工作范围明确规定的其他条
件之下。长时间工作于绝对极限值可能会影响器件寿命。
4.2. 推荐工作条件范围
（在-40℃~+85℃下）除非另有说明
五、串口通信与数据读取机制
CXAS42304通过PD_SCK和DOUT实现简化的二线串行通信。当DOUT变为低电平时，表示转换数据就绪，此时主机应通过PD_SCK输入25-27个时钟脉冲：前24个脉冲用于读取当前转换数据（从最高位到最低位），第25-27个脉冲用于选择下一次转换的输入源和速率。
具体配置如下：
· 25个脉冲：选择差分信号输入，10Hz输出速率
· 26个脉冲：选择温度测量，10Hz输出速率
· 27个脉冲：选择差分信号输入，10Hz输出速率
通信时序参数严格定义，如T1（DOUT下降沿到PD_SCK上升沿）最小0.1μs，T3'（PD_SCK高电平时间）需在0.2-50μs范围内，设计时需确保符合这些时序要求。
串口通讯线由管脚 PD_SCK 和 DOUT 组成，用来输出数据，选择输出数据速率和输入信号。
当数据输出管脚 DOUT 为高电平时，表明 A/D 转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入
信号 PD_SCK 应为低电平。当 DOUT 从高电平变低电平后，PD_SCK 应输入 25 至 27 个不等的时钟
脉冲（图 3）。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出 24 位数据的最高位（MSB），直至第 24 个时
钟脉冲完成，24 位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第 25 至 27 个时钟脉冲用来选择下一
次 A/D 转换的输出数据速率和输入信号，参见表 4。PD_SCK 的输入时钟脉冲数不应少于 25 或多于
27，否则会造成串口通讯错误。
当 A/D 转换器的输入信号或输出数据速率改变时，A/D 转换器需要 4 个数据输出周期才能稳定。
DOUT 在 4 个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。
5.2. 输出噪声
表 6 表示 CXAS42304 输出的无噪声位数。给出的数据适用于 AVDD 和 VREF 都为 5V 双极性输入范
围。这些数据是典型值并在模拟差分输入电压为 0V 的情况下产生。
5.3. 模拟输入
5.3.1、通道模拟输入范围：
CXAS42304 包括 1 个模拟输入对，即 AIN+、 AIN-。输入对提供可处理单、双极性输入信号的差分输
入通道。应注意，双极性输入信号以 AIN-端为参考。
模拟差分输入电压范围为± 0.5 × (VREF/128)V,模拟输入电压的绝对值处在 AGND+0.9V 和
AVDD-1.3V 之间。
5.3.2、基准输入：
VREF 为 CXAS42304 提供基准输入。基准电压输入范围为 1.8V 到 AVDD。
5.4、系统时钟和 AD 数据更新率
5.4.1、系统时钟：
CXAS42304 的系统时钟为内部振荡器提供，它是一个对 VDD 和温度超低依赖性的高精度振荡器。
5.4.2、AD 数据更新率：
CXAS42304 提供 10Hz 的输出数据速率。
5.5、输出数据
CXAS42304 的输出数据编码是二进制补码，范围为 800000H（最小值）到 7FFFFFH（最大值）。
六、温度测量功能详解
CXAS42304内置的数字温度传感器是其突出特点之一。传感器提供15位有效精度，典型温度测量精度为每摄氏度20.4个读数。温度测量范围为-40℃至+85℃，覆盖绝大多数应用场景。
使用注意事项：
· 芯片间的零点和增益存在差异，需根据应用场景决定是否校准
· 用于温度控制时，建议进行零点和增益校准
· 用于系统温度补偿时，只需关注线性度，通常无需校准
· 温度测量与模拟输入测量共享同一数据接口，通过PD_SCK脉冲数切换
CXAS42304 芯片内部的数字温度传感器可以直接用于读出芯片内，即系统内的温度。其有效（稳定）
位数为 15 位。典型温度测量精度为每度（℃）20.4 个读数(15 位)。温度测量范围为-40℃~85℃。使
用数字温度传感器时，应注意芯片内的温度传感器在芯片与芯片之间有较大的零点和增益差异。如果用
来测量绝对温度，零点和增益都需要校正。如测量温度用来做系统温度相关的性能补偿，零点和增益则
不需要校正，只要温度测量的线性度满足要求即可。
七、低功耗管理与系统时钟
芯片提供智能功耗管理功能：
· 正常工作模式：全面功能启用，典型功耗1080μA@3V
· 掉电模式：PD_SCK保持高电平超过512μs进入，功耗降至0.5μA
· 快速唤醒：从掉电模式恢复到正常工作模式仅需4个数据输出周期
系统时钟由内部高精度振荡器提供，对电源电压和温度变化具有极低的依赖性，确保了输出数据速率（固定10Hz）的稳定性，无需外部时钟元件。
7.2. 复位和掉电模式
当芯片上电时，芯片内的上电自动复位电路会使芯片自动复位。但这时被测对象是不确定的（即要
么处于差分输入测量状态，要么处于温度测量状态），客户可以在上电完成 10ms 后，通过 PD_SCK 脚
发规定的时钟个来指定输入状态。
引脚 PD_SCK 输入用来控制 CXAS42304 的断电。当 PD_SCK 为低电平时，芯片处于正常工作状态。
如果 PD_SCK 从低电平变高电平并保持在高电平超过 512μs，CXAS42304 即进入掉电模式（见图 4）。当
PD_SCK 重新回到低电平时，芯片会重新进入正常工作状态。芯片从断电状态回到正常工作状态后，
输入信号的选择保持不变。
芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后，A/D 转换器需要 4 个数据输出周期才能稳定。DOUT
在 4 个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。
八、典型应用场景
CXAS42304广泛应用于以下领域：
· 医疗电子：电子体温计、耳温枪、医疗监测设备
· 工业测量：温度变送器、压力传感器信号调理、工业控制
· 环境监测：温湿度记录仪、气象站、室内环境监控
· 消费电子：智能家居传感器、可穿戴设备
其高集成度显著减少了外部元件数量，降低了系统复杂性和总体成本。
九、封装选择与设计考虑
芯片提供三种封装选项：
· DIP8：适合原型开发和教育应用
· SOP8：平衡尺寸与焊接工艺性，通用性最强
· TSSOP8：超薄超小封装，适合空间极度受限的应用
设计时应注意PCB布局，将去耦电容尽量靠近AVDD和DVDD引脚，模拟和数字地适当分离，并在基准输入端使用高质量电容滤波。
十、开发支持与参考设计
JTM-IC为CXAS42304提供完整的开发支持，包括数据手册、应用笔记和参考设计。文中提供的C语言参考代码展示了芯片初始化和数据读取的基本流程，工程师可基于此快速开发应用系统。
芯片上电后需延时10ms进行初始化，通过发送特定脉冲序列配置输入状态。数据读取时需确保时序符合规范，特别是在通道切换后要等待4个数据输出周期使系统稳定。
参考程序
C 语言：(仅供参考)
/* CXAS42304.h 头文件*/
#ifndef _CXAS42304_H_
#define __H_
#define CH1_10HZ 0x01
#define CH1_40HZ 0x02
#define CH2_TEMP 0x03
#define CH1_10HZ_CLK 25
#define CH1_40HZ_CLK 27
#define CH2_TEMP_CLK 26
unsigned long Read_CXAS42304(unsigned char next_select);
#endif
/* CXAS42304.c 程序文件*/
#include "CXAS42304.h"
#include "global.h" //定义端口
#include "delay.h" //延时子程序
Void Initial_CXAS42304(void)//CXAS42304 上电 10mS 后需要初始化输入信号或输出数据速率
{
delay_ms(10); //延时 10ms
switch(next_select) //初始化：确定下一次数据更新率或者切换通道
{
case CH1_10HZ:
for(i = 0;i < 25;i++)
{
SET_SCK_H(); //在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出高电平
delay_us(5); //延时 5 个微秒，根据不同的 MCU 自定义此函数
SET_SCK_L();//在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出低电平
delay_us(5);
}
break;
case CH1_40HZ:
for(i = 0;i < 27;i++)
{
SET_SCK_H(); //在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出高电平
delay_us(5); //延时 5 个微秒，根据不同的 MCU 自定义此函数
SET_SCK_L();//在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出低电平
delay_us(5);
}
break;
case CH2_TEMP_CLK:
for(i = 0;i < 26;i++)
{
SET_SCK_H(); //在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出高电平
delay_us(5); //延时 5 个微秒，根据不同的 MCU 自定义此函数
SET_SCK_L();//在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出低电平
delay_us(5);
}
break;
}
unsigned long Read_CXAS42304(unsigned char next_select)
{
unsigned char i = 0;
unsigned long data_temp = 0;
for(i = 0;i < 24;i++)
{
SET_SCK_H(); //在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出高电平
data_temp <<= 1;
delay_us(5); //延时 5 个微秒，根据不同的 MCU 自定义此函数
if(READ_PORT & (1 << PIN_DOUT)) //判断 DOUT 是否为高电平
data_temp |= 1;
SET_SCK_L();//在 global.h 文件中定义，置 SCK 脚输出低电平
}
switch(next_select) //确定下一次数据更新率或者切换通道
{
case CH1_10HZ:
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
break;
case CH1_40HZ:
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
delay_1us();
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
delay_1us();
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
break;
case CH2_TEMP:
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
delay_1us();
SET_SCK_H();
delay_1us();
SET_SCK_L();
break;
default:
break;
}
return(data_temp); //返回从 CXAS42304 中读出的数据
}
十一、结语
CXAS42304以其高精度、低功耗、小尺寸和集成的温度测量功能，成为电子测温枪和高精度低频测量系统的理想选择。无论是医疗设备制造商还是工业传感器开发者，都能从这款芯片的优秀性能中获益。选择CXAS42304，意味着选择了可靠性、高性价比和快速上市的综合优势。
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