基于A(yíng)DS1259的高精度采集系統設計

ADS1259的調制器是一個(gè)高性能、固有穩定的4階△-∑調制器，該調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)可編程數字濾波器濾波和校準能變成高精度的數字輸出。ADS1259通過(guò)設置寄存器CONFIG1[7：6] (FLAG位和CHKSUM位)來(lái)決定是否輸出過(guò)量程檢測結果和校驗結果，當CONFIG1[7：6]=11時(shí)，輸出結果為32位數據，后8位為校驗和CHECKSUM，并且CHECKSUM的最高位代表是否過(guò)量程標志位；當CONFIG1[7：6]=01時(shí)，輸出結果仍為32位數據，后8位為校驗和CHECKSUM，此時(shí)無(wú)過(guò)量程標志位；當CONFIG1[7：6]=10時(shí)，輸出結果為24位數據，最后一位BIT代表是否過(guò)量程標志位，無(wú)校驗和；當CONFIG1[7：6]=00時(shí)，輸出結果為24位數據，此時(shí)無(wú)過(guò)量程標志位和校驗和。
ADS1259芯片的基準電壓可以選擇芯片內部產(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(shí)，需要在VREFP和VREFN兩引腳間接1μF電容。數字濾波器有兩個(gè)級聯(lián)的濾波器組成：一個(gè)五級sinc濾波器和一個(gè)可編程選擇的濾波器。ADS1259的主時(shí)鐘可以由外部晶振、外部時(shí)鐘發(fā)生器或內部時(shí)鐘振蕩器提供，如果主時(shí)鐘由一個(gè)外部晶振產(chǎn)生，在PCB布線(xiàn)時(shí)，晶振應該盡量地靠近ADS1259。
ADS1259有兩種控制方式控制芯片啟動(dòng)和停止轉換：1)通過(guò)START引腳控制，上升沿有效，表示啟動(dòng)AD數據轉換，知道引腳來(lái)下降沿才表示轉換結束，低電平表示停止工作：2)也可以通過(guò)發(fā)送START和STOP命令來(lái)控制ADS1259。
圖3為本文設計的基于A(yíng)DS1259的高精度采集系統電路。

ADS1259是高精度的AD轉換器，為了得到最佳的轉換結果，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，或者由芯片內部提供基準電壓。在模擬電源和數字電源的輸入端一般要并聯(lián)一個(gè)旁路電容和一個(gè)去耦電容，防止電源波動(dòng)對ADS1259的性能造成影響，注意電容要盡量靠近引腳。模擬電源地和數字電源地應采用單點(diǎn)連接，避免模擬地和數字地之間有電壓存在。另外，在使用ADS1259時(shí)，還應注意以下幾點(diǎn)：1)模擬電源和數字電源分別供電，并且模擬地和數字地單點(diǎn)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(huì )影響采集系統的性能；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(xiàn)時(shí)，信號走線(xiàn)盡量不換層，減少干擾；6)在設計電路板布線(xiàn)時(shí)，應盡可能地讓差分信號兩條線(xiàn)長(cháng)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(guò)前端濾波網(wǎng)絡(luò )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，具有數字可控制增益和信號完整性測試能力。該器件擁有低失調、接近于零的失調以及增益漂移、優(yōu)異的線(xiàn)性度，并且幾乎沒(méi)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(guò)編程使兩個(gè)差分輸入信號交替放大輸出，還可以通過(guò)設置GPIO口來(lái)擴展功能。
PGA280輸出的差分信號經(jīng)過(guò)RC低通濾波器進(jìn)入ADS1259模數轉換器，R1和R2兩個(gè)電阻盡可能靠近ADS1259，外接7．3728MHz晶振?；鶞蕝⒖茧娫磳祿D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(guò)CS_AD和CS_PGA選擇通信的器件，首先拉低CS_PGA來(lái)配置PGA280的寄存器，設置放大倍數和選擇通道；再拉高CS_PGA，拉低CS_AD來(lái)對ADS1259進(jìn)行初始化設置，主要設置CONFIG0～3三個(gè)寄存器。

4 結束語(yǔ)
本文設計并實(shí)現了一種基于A(yíng)DS1259的高精度采集系統。為滿(mǎn)足ADS1259的采集范圍要求，該系統借助可編程增益儀表放大器PGA280實(shí)現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(shí)測，該系統具有線(xiàn)性度高、漂移低、低功耗等一系列特點(diǎn)，是高精度采集處理的一種高效可行的解決方案。