ADS1282及其在單通道地震數(shù)據(jù)采集單元中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集信號質(zhì)量很大程度上取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選取及使用。為滿足高精度地震數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)一種高集成度、單通道地震數(shù)據(jù)采集單元，該單元可實(shí)現(xiàn)單道地震信號的拾取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲及數(shù)據(jù)傳輸功能，采用新型模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1282進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可獲得高保真度、高信噪比、高分辨率的數(shù)字信號，同時還可以利用其片上的數(shù)據(jù)選擇器及校準(zhǔn)引擎實(shí)現(xiàn)自檢和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，從而保證采集信號質(zhì)量不隨時間、地點(diǎn)、環(huán)境和條件而變化。利用ADS1282設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化采集單元具有低功耗、小體積、高精度、高分辨率的特點(diǎn)。這里給出ADS1282模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、工作原理及其在地震數(shù)據(jù)采集單元中的接口設(shè)計(jì)。

1 ADS1282簡介
1．1 主要特性
ADS1282是一款針對工業(yè)應(yīng)用、具有極高性能的32位、△-∑型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。該轉(zhuǎn)換器具有4階、固有穩(wěn)定△-∑調(diào)制器，因此具有優(yōu)良的噪聲和線性特性；該調(diào)制器的輸出既可與片上的數(shù)字濾波器聯(lián)合使用，也可旁路輸出到加速處理濾波器；片上多路選擇器(MUX)既可提供用于測量的附加的外部輸入，也可與內(nèi)部自檢電路相連；片上可編程放大器(PGA)具有極低的噪聲和高輸入阻抗，易與地震檢波器、水聽器經(jīng)一個寬范圍的增益連接；數(shù)字濾波器可通過編程選擇不同的濾波器組合方式；同時片上具有增益及失調(diào)檢測寄存器支持系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。ADS12 82的額定工作溫度范圍為-40～+85℃，最大工作范圍可達(dá)+125℃，適用于能源探測、地震檢測、高精度儀器儀表等要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
ADS1282的主要特性如下：
1)高分辨率：高精度模式，數(shù)據(jù)輸出率為250 SPS時信噪比(RSN)達(dá)130 dB，低功耗模式，數(shù)據(jù)輸出率為250 SPS時信噪比(RSN)達(dá)127 dB；
2)高精度：總諧波失真(THD)為-122 dB，積分非線性(INL)為O．5 ppm；
3)低噪聲可編程放大器(PGA)：；
4)2通道多路選擇輸入(MUX)；
5)超量程快速檢測功能的4階、固有穩(wěn)定△-∑調(diào)制器；
6)靈活的數(shù)字濾波器：可選擇Sinc+FIR+IIR濾波的不同組合方式，其中FIR濾波方式可編程設(shè)置為線性或最小相位響應(yīng)，數(shù)據(jù)輸出率可在250 SPS至4 KSPS之間選擇；
7)可設(shè)置濾波通帶；
8)低功耗：高精度模式為25 mW，低功耗模式為17 mW，待機(jī)模式為90μW，掉電模式僅為10μW；
9)失調(diào)及增益校準(zhǔn)引擎。
1．2 引腳說明
ADS1282采用28引腳TSSOP封裝，其引腳配置如圖l所示。

CLK：主時鐘輸入；SCLK：串行時鐘輸入；DRDY：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好輸出，在其下降沿讀出數(shù)據(jù)：DOUT、DIN：串行數(shù)據(jù)輸出、輸入；MCLK、M1、M0：若工作在調(diào)制器模式，MCLK為調(diào)制器時鐘輸出，M1、MO為調(diào)制器的數(shù)據(jù)輸出，否則這些引腳不使用，需接固定值；SYNC：同步輸入，用于實(shí)現(xiàn)多芯片同步工作；MFLAG：調(diào)制器超量程標(biāo)志，0表示正常，1表示超量程；DGND：數(shù)字地，該引腳是接地點(diǎn)的核心；CAPN、CA-PP：PGA輸出，在CAPP與CAPN之間需連接一只10 nF的電容；AINP2、AINN2，AINP1、AINN1：正、負(fù)模擬輸入端；AVDD、AVSS：正、負(fù)模擬供電電源，單極性(+5 V)或雙極性(±2．5 V)；VREFN、VREFP：正、負(fù)基準(zhǔn)輸入；：掉電輸入，低電平有效；：復(fù)位輸入，低電平有效；DVDD：數(shù)字供電電源：+1．8～+3．3 V；BYPAS：從校準(zhǔn)輸出：與DGND之間接1μF電容。
1．3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
ADS1282的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由多路選擇器(MUX)、可編程增益放大器(PGA)、△-∑調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器、增益及失調(diào)校準(zhǔn)引擎、超量程檢測電路、控制器及SPI串行接口等組成。