CN112290948A - 一种基于ads1278的高精度模数转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，包括8路差分放大电路、参考电压源电路和转换处理电路；所述转换处理电路采用ADS1278芯片；参考电压源电路为ADS1278芯片和差分放大电路提供参考电压；8路差分放大电路对应地将8路单端模拟信号转换为8路差分信号；8路差分信号分别对应输入至ADS1278芯片的采样输入端，由ADS1278芯片进行模数转换后输出。该模数转换电路转换精度高、接口简单、稳定性好，可实现多通道同步采样，能在恶劣的环境下稳定地运行，具有重要的工程实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种模数转换电路，特别涉及一种基于ADS1278的高精度模数转换电路。
背景技术
随着数字时代的来临，数据采集技术在各行各业都得到了广泛应用，尤其在灾害监测、精密通信、信息处理、遥感遥测等领域，往往需要较高的采集精度，因此对于高精度数据采集技术的研究也变得越来越重要。而当前大多数采用的数据采集模块的采集精度都比较低，且稳定度较差，因此，对于一些需要高精度采集的系统这种方式显然不能满足要求。
ADS1278是德州仪器推出的多通道24位工业模数转换器，内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现8通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式。ADS1278 具有优良的AC 和DC特性，采样率最高可以达128Ks/s，62kHz带宽时信噪比(SNR)可达111 dB，失调漂移为0.8 μV/℃。ADS1278 可通过设置相应的输入/输出引脚选择工作模式，无需寄存器编程，其数据输出可选帧同步或SPI 串行接口，便于连接至DSP、FPGA 及微控制器。ADS1278 工作温度范围-40℃～+105℃，可满足要求严格的多通道信号采集应用，包括振动分析、医疗监控、声学动态应变测量及压力测量设备等。
发明内容
本发明的目的：本发明设计一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，可同时对8个通道的模拟电压信号进行转换。该模数转换电路转换精度高、接口简单、稳定性好，并实现了严格意义上的多通道同步。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，包括8路差分放大电路、参考电压源电路和转换处理电路；
所述转换处理电路采用ADS1278芯片；
参考电压源电路为ADS1278芯片和差分放大电路提供参考电压；
8路差分放大电路对应地将8路单端模拟信号转换为8路差分信号；
8路差分信号分别对应输入至ADS1278芯片的采样输入端，由ADS1278芯片进行模数转换后输出。
进一步地，每路差分放大电路包括差分运算放大器，差分运算放大器的基准电压输入端的电压值等于两个输出差分电压的平均值。
进一步地，参考电压源电路包括参考源REF5025 芯片和电压跟随器OPA350。
进一步地，由参考源REF5025 芯片为ADS1278芯片提供2.5V 的参考电压。
进一步地，由电压跟随器OPA350的输入端连接至ADS1278的COM 输出端，电压跟随器OPA350的输出端连接至差分放大电路的COM端用于提供参考电压。
进一步地，ADS1278采用帧同步并行接口与处理器连接。
进一步地，ADS1278与处理器之间包含CLK、SCLK和FSYNC三个时钟信号，其中，时钟CLK频率是移位时钟SCLK频率的2n次幂，n是整数， 时钟CLK频率是帧同步时钟FSYNC频率的512倍。
本发明所达到的有益效果：
本发明设计一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，该模数转换电路由差分放大电路、参考电压源电路、转换处理电路组成，可同时对8个通道的模拟电压信号进行转换。该模数转换电路转换精度高、接口简单、稳定性好，并实现了严格意义上的多通道同步。
基于ADS1278的高精度多通道模数转换电路其数据采集精度可高达24位，结构紧凑且稳定程度高，可以实现多通道同步采样，能在恶劣的环境下稳定地运行，具有重要的工程实际应用价值。
附图说明
图1 一路差分放大电路原理图；
图2 AD电压基准源原理图；
图3 转换处理电路原理图；
图4 时钟和数据时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
AD转换电路设计包含以下几个部分：
1．差分放大电路
由于ADS1278采样输入端为差分输入，需要把8路单端信号转换为8路差分信号，这就需要8路差分放大电路实现此功能，差分放大电路还对8路待采集的单端信号幅度进行调理，每路差分放大电路如图1所示。
第一路输入信号为MIC+1、MIC-1，输出AINN1、AINP1信号到AD转换端。差分运算放大器的VCOM输入引脚是基准电压输入端，其电压值将决定两个输出差分电压的平均值，即AINN1、AINP1的平均值为VCOM。本电路中参考电压端的电压VCOM由OPA350和ADS1278提供，为2.5V参考电压。本差分放大电路增益为5.1k/1k=5.1倍，即对单端信号幅度放大5.1倍。其他7路差分放大电路结构与图1相同，输入依次为MIC+2、MIC-2……MIC+8、MIC-8，输出依次为AINN2、AINP2……AINN8、AINP8，这里就不再赘述。
2.参考电压源
ADS1278的参考电压VREF 的精度和稳定性对ADS1278 的精度和稳定性有极大的影响，在本电路中，我们选用TI 公司的REF5025 和OPA350 来构成系统的参考电压源，其结构如图2所示。其中REF5025 是一款低噪声，低漂移的高精度参考源，它能够提供2.5V 的参考电压，即REF2.5V，给ADS1278提供参考电压。OPA350 是一款高速单电源轨到轨运算放大器，这里用作电压跟随器。电压跟随器输入电压VCOM1由ADS1278的VCOM 管脚提供，电压跟随器同相输入端接一个0.1uF 的电容用于降低噪声。电压跟随器输出电压VCOM连接至基本差分放大电路，给差分放大电路提供基准电压。
3.转换处理电路
转换处理电路的主要功能是对调理后的8路差分电压信号进行A/D转换，得到8路分辨率24位的数字电压信号。转换处理电路原理图如图3所示。
转换处理电路供电电压有模拟电源5V，数字电源1.8V，IO口电源3.3V。数字电源1.8V由三端稳压器AMS1117-1.8输出。本电路设置ADS1278的FORMAT[2：0]=101b，MODE[1：0]=11b，PWDN[8：1]=11111111b，这样ADS1278就工作在低速模式下，打开8个ADC通道，采用帧同步格式通过DOUT1～DOUT8并行输出8路数据。本电路设置TEST[1：0]=00b，使电路工作于正常模式。SYNC=1b，使所有通道进行同步转换。CLKDIV=0b，使FMOD=FCLK/8。
ADS1278与处理器之间采用帧同步并行接口，包含CLK、SCLK、FSYNC、DOUT1～DOUT8共11个时钟和数据线，其中CLK的时钟频率应是移位时钟SCLK频率的2n次幂（n=0，1，2，...），而且CLK的时钟频率应是FSYNC帧同步时钟频率的512倍。本电路设置CLK=SCLK（取n=0），FSYNC=8kHz，故SCLK=512*FSYNC=4.096MHz。图4给出帧同步格式下，时钟和数据的时序关系图。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，包括8路差分放大电路、参考电压源电路和转换处理电路；
所述转换处理电路采用ADS1278芯片；
参考电压源电路为ADS1278芯片和差分放大电路提供参考电压；
8路差分放大电路对应地将8路单端模拟信号转换为8路差分信号；
8路差分信号分别对应输入至ADS1278芯片的采样输入端，由ADS1278芯片进行模数转换后输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，每路差分放大电路包括差分运算放大器，差分运算放大器的基准电压输入端的电压值等于两个输出差分电压的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，参考电压源电路包括参考源REF5025 芯片和电压跟随器OPA350。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，由参考源REF5025 芯片为ADS1278芯片提供2.5V 的参考电压。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，由电压跟随器OPA350的输入端连接至ADS1278的COM 输出端，电压跟随器OPA350的输出端连接至差分放大电路的COM端用于提供参考电压。
6.根据权利要求1所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，ADS1278采用帧同步并行接口与处理器连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于ADS1278的高精度模数转换电路，其特征是，ADS1278与处理器之间包含CLK、SCLK和FSYNC三个时钟信号，其中，时钟CLK频率是移位时钟SCLK频率的2n次幂，n是整数， 时钟CLK频率是帧同步时钟FSYNC频率的512倍。
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