摘要：以24位工业模数转换器AD51278为核心，设计了一个高精度微应变信号采集系统，给出对应的前端调理电路和数字采集模块等。模拟测试结果显示，该系统方案可行，可有效采集微应变信号，已成功应用于桥梁振动检测等产品。
微应变信号采集是桥梁振动监测、动态应变测量和压力测量等设备设计的重点。为实现微应变信号的高精度采集，本文基于德州仪器公司的24位高精度工业模拟-数字转换器ADS1278，设计了一个高精度微应变信号采集系统，并给出对应的前端调理电路和数字采集模块。测试结果显示，该系统能有效采集微应变信号。
1 ADS1278简介
1.1 ADS1278特点
ADS1278内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器、FIR数字滤波器、输入多路复用器等功能。可通过内部控制寄存器的不同配置得到不同的A/D采样速率、采样模式、A/D转换精度等，支持高速、高精度、低功耗、低速等4种工作模式。ADS1278可以通过设置相应的输入/输出引脚选择工作模式，不需寄存器编程。其数据输出可选同步或SPI串行接口，便于连接到FPGA、DSP及微控制器，适用于对性能、功耗要求高、模拟通道要求多的数据采集系统，如桥梁振动分析、动态应变测量及压力测量设备等。
ADS1278的主要性能有：8通道同时采样测量，高达128 kSPS的数据传输速率，线性相位数字滤波器，SPT或帧同步串行接口，62 kHz带宽，111 dB信噪比(高分辨率模式)以及高达108 dB的总谐波失真(THD)等。
1.2 ADS1278工作原理
如图1所示为ADS1278内部结构框图，主要由8个独立的ADC并行实现8通道输入信号的数字化，每个ADC由先进的6阶斩波△-∑调制器，后接低纹波、线性相位的有限冲积响应(FIR)数字滤波器构成。调制器检测差分输入信号VIN=(AINP-AINN)，并与差分参考电压VREF=(VREFP-VREFN)相比较得到一个1秒密度的位流输出，输出的位流经内部的数字滤波器滤波后得到一个低噪声的数字输出。工作时，调制器以高速采样输入信号(典型值输出数据率的64倍)，其产生的量化噪声被移入高频带，由内部的数字滤波器滤除。调制器的过采样倍率与工作模式有关，分别可取64倍(高速、低速、低功耗模式)或128倍(高精度模式)。数字滤波器可对截止频率外的信号衰减100 dB以上，使信号导通带宽在90%的奈奎斯特频率时纹波低于0.005 dB。 |
