基于ADS1259的高精度采集系统设计

提出了一种基于ADS1259的高精度采集系统。该系统以可编程增益仪表放大器PCA280和24位模数转换器ADS1259为核心器件，可以根据采集信号的不同范围设置放大相应倍数以满足ADS1259的采集范围要求。经实测，本系统可充分发挥ADS1259高线性度、低漂移、低功耗的特性，适用于对功耗、体积、精度有严格要求的应用场合。

随着现代电子技术的发展，技术领域数字化进程的不断推进，模数转换器作为模拟信号转换为数字信号的桥梁，发挥了越来越重要的作用。AD转换器的分辨率和转换速度直接决定了系统的应用场合的限制。ADS1259是专为满足工业过程控制、精密仪表及其他精确应用的需要而设计，通过与可编程信号放大器PGA280相组合，即可形成一款能够对各种各样的信号进行数字化处理的高分辨率、高准确度测量系统。本系统可以通过控制器直接设置仪表放大器PGA280的放大倍数，采集不通范围的直流微弱信号，转换精度达到24位无误码。本系统适用于对各种各样的信号进行数字化处理的高分辨率、高准确度测量系统。

1 主要特性
ADSl259是一款高线性度、低漂移、24位高精度模数转换器。该转换器具有4阶固有稳定调制器，因此具有优良的噪声和线性特性，该调制器的输出与片上数字滤波器联合使用；数字滤波器可通过编程选择不同的滤波方式，同时具有校准引擎。ADS1259的额定工作温度范围为-40至+105℃，适用于工业过程控制、精密仪表及其他精确应用的场合。
ADS1259的主要特性如下：
1)高分辨率：24位无数据丢失；
2)高精度：积分非线性(INL)为0．4ppm；
3)低温度漂移：基准漂移为2ppm／℃，增益漂移为0．5 ppm／℃，失调漂移为0．05μV／℃；
4)低噪声0．7μVRMS (在60SPS数据速率条件下)；
5)输出速率可调：10SPS至14kSPS；
6)同时50／60Hz抑制(在10SPS数据速率条件下)；
7)单周期稳定；
8)内部振荡器；
9)过量程保护；
10)带有串行外设接口(SPI)；
11)低功耗：13mW；
2 引脚说明
ADS1259采用SSOP-20封装，引脚排列图如图1所示。

ADS1259主要引脚功能说明如下：
AINP、AINN：正、负模拟输入端：：掉电输入、复位输入，低电平有效；START：开始转换输入，高电平有效；SYNCOUT：同步时钟输出端；：片选输入；SCLK：串行时钟输入；DIN、DOUT：串行数据输入、输出；：数据转换好完成标志位，低电平表示数据转换完成：XTAL1／CLKN：当选用内部振荡器时，此引脚接DGND，当选用外部时钟时，此引脚为外部时钟输入，当选用外部晶振时，与XTA L2联合使用；XTAL2：当选用外部晶振时，与XTAL1联合使用，否则悬空；BYPASS：电压旁路；DGND：数字地：DVDD：数字供电电源；REFOU T：2．5V参考电压输出；VREFP、VREFN：正、负基准输入；AVDD、AVSS：正、负模拟供电电源。

3 内部结构与工作原理
ADS1259的内部结构如图2所示，主要由△-∑调制器、可编程数字滤波器、校准引擎、过量程保护、时钟发生器、控制器及SPI串行接口等组成。

ADS1259的调制器是一个高性能、固有稳定的4阶△-∑调制器，该调制器将待测差分输入信号VIN(其中VIN=VAINP-VAINN)与基准电压VREF(其中VREF=VVREFP-VVREFN)相比较，输出经可编程数字滤波器滤波和校准能变成高精度的数字输出。ADS1259通过设置寄存器CONFIG1[7：6] (FLAG位和CHKSUM位)来决定是否输出过量程检测结果和校验结果，当CONFIG1[7：6]=11时，输出结果为32位数据，后8位为校验和CHECKSUM，并且CHECKSUM的最高位代表是否过量程标志位；当CONFIG1[7：6]=01时，输出结果仍为32位数据，后8位为校验和CHECKSUM，此时无过量程标志位；当CONFIG1[7：6]=10时，输出结果为24位数据，最后一位BIT代表是否过量程标志位，无校验和；当CONFIG1[7：6]=00时，输出结果为24位数据，此时无过量程标志位和校验和。
ADS1259芯片的基准电压可以选择芯片内部产生2．5V的参考源或者外接参考源，如果设置2．5V电压输出，则需要在REFOUT和AVSS两引脚间接1μF电容；基准电压采用外接参考源时，需要在VREFP和VREFN两引脚间接1μF电容。数字滤波器有两个级联的滤波器组成：一个五级sinc滤波器和一个可编程选择的滤波器。ADS1259的主时钟可以由外部晶振、外部时钟发生器或内部时钟振荡器提供，如果主时钟由一个外部晶振产生，在PCB布线时，晶振应该尽量地靠近ADS1259。
ADS1259有两种控制方式控制芯片启动和停止转换：1)通过START引脚控制，上升沿有效，表示启动AD数据转换，知道引脚来下降沿才表示转换结束，低电平表示停止工作：2)也可以通过发送START和STOP命令来控制ADS1259。
图3为本文设计的基于ADS1259的高精度采集系统电路。