基于ADS1259的高精度采集系統(tǒng)設計

ADS1259的調(diào)制器是一個高性能、固有穩(wěn)定的4階△-∑調(diào)制器，該調(diào)制器將待測差分輸入信號VIN(其中VIN=VAINP-VAINN)與基準電壓VREF(其中VREF=VVREFP-VVREFN)相比較，輸出經(jīng)可編程數(shù)字濾波器濾波和校準能變成高精度的數(shù)字輸出。ADS1259通過設置寄存器CONFIG1[7：6] (FLAG位和CHKSUM位)來決定是否輸出過量程檢測結(jié)果和校驗結(jié)果，當CONFIG1[7：6]=11時，輸出結(jié)果為32位數(shù)據(jù)，后8位為校驗和CHECKSUM，并且CHECKSUM的最高位代表是否過量程標志位；當CONFIG1[7：6]=01時，輸出結(jié)果仍為32位數(shù)據(jù)，后8位為校驗和CHECKSUM，此時無過量程標志位；當CONFIG1[7：6]=10時，輸出結(jié)果為24位數(shù)據(jù)，最后一位BIT代表是否過量程標志位，無校驗和；當CONFIG1[7：6]=00時，輸出結(jié)果為24位數(shù)據(jù)，此時無過量程標志位和校驗和。
ADS1259芯片的基準電壓可以選擇芯片內(nèi)部產(chǎn)生2．5V的參考源或者外接參考源，如果設置2．5V電壓輸出，則需要在REFOUT和AVSS兩引腳間接1μF電容；基準電壓采用外接參考源時，需要在VREFP和VREFN兩引腳間接1μF電容。數(shù)字濾波器有兩個級聯(lián)的濾波器組成：一個五級sinc濾波器和一個可編程選擇的濾波器。ADS1259的主時鐘可以由外部晶振、外部時鐘發(fā)生器或內(nèi)部時鐘振蕩器提供，如果主時鐘由一個外部晶振產(chǎn)生，在PCB布線時，晶振應該盡量地靠近ADS1259。
ADS1259有兩種控制方式控制芯片啟動和停止轉(zhuǎn)換：1)通過START引腳控制，上升沿有效，表示啟動AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，知道引腳來下降沿才表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，低電平表示停止工作：2)也可以通過發(fā)送START和STOP命令來控制ADS1259。
圖3為本文設計的基于ADS1259的高精度采集系統(tǒng)電路。

ADS1259是高精度的AD轉(zhuǎn)換器，為了得到最佳的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在應用期間要注意外圍電路和印刷電路板設計。要為ADS1259提供高精度、低噪聲、低溫漂的基準電壓，或者由芯片內(nèi)部提供基準電壓。在模擬電源和數(shù)字電源的輸入端一般要并聯(lián)一個旁路電容和一個去耦電容，防止電源波動對ADS1259的性能造成影響，注意電容要盡量靠近引腳。模擬電源地和數(shù)字電源地應采用單點連接，避免模擬地和數(shù)字地之間有電壓存在。另外，在使用ADS1259時，還應注意以下幾點：1)模擬電源和數(shù)字電源分別供電，并且模擬地和數(shù)字地單點連接；2)為ADS1259選取高質(zhì)量的基準電壓源，基準電壓源的噪聲和漂移都會影響采集系統(tǒng)的性能；3)應將輸入端前的RC濾波器盡可能地靠近ADS1259，降低干擾；4)如果采用外部晶振，也要靠近ADS1259，晶振典型值為7．3728MHz，接入電容為18pF；5)PCB布線時，信號走線盡量不換層，減少干擾；6)在設計電路板布線時，應盡可能地讓差分信號兩條線長度相等，元器件盡可能靠近，防止電磁干擾。
為了提高采集信號的質(zhì)量、有效去除環(huán)境造成的噪聲干擾，將前端信號通過前端濾波網(wǎng)絡送入儀表放大器，接入方式采用差模輸入方式。PGA280是一款高精度，具有數(shù)字可控制增益和信號完整性測試能力。該器件擁有低失調(diào)、接近于零的失調(diào)以及增益漂移、優(yōu)異的線性度，并且?guī)缀鯖]有1／f噪聲，并提供了出色的共模及電源抑制性能。PGA280可以通過編程使兩個差分輸入信號交替放大輸出，還可以通過設置GPIO口來擴展功能。
PGA280輸出的差分信號經(jīng)過RC低通濾波器進入ADS1259模數(shù)轉(zhuǎn)換器，R1和R2兩個電阻盡可能靠近ADS1259，外接7．3728MHz晶振?；鶞蕝⒖茧娫磳?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換有直接的影響，低噪聲、低溫漂和高精度的基準參考電壓源就顯得十分必要，可以選用REF5025作為參考電壓源，3ppm的低溫漂、0．05％的高精度和3μV／V的低噪聲，能很好的提供了基準參考電壓。
儀表運放PGA280和ADS1259都是SPI接口，控制器可以通過CS_AD和CS_PGA選擇通信的器件，首先拉低CS_PGA來配置PGA280的寄存器，設置放大倍數(shù)和選擇通道；再拉高CS_PGA，拉低CS_AD來對ADS1259進行初始化設置，主要設置CONFIG0～3三個寄存器。

4 結(jié)束語
本文設計并實現(xiàn)了一種基于ADS1259的高精度采集系統(tǒng)。為滿足ADS1259的采集范圍要求，該系統(tǒng)借助可編程增益儀表放大器PGA280實現(xiàn)輸入微弱信號的差分放大以及噪聲信號的有效抑制。經(jīng)實測，該系統(tǒng)具有線性度高、漂移低、低功耗等一系列特點，是高精度采集處理的一種高效可行的解決方案。