摘要：以24位工业模数转化器AD51278为中心，规划了一个高精度微应变信号收集体系，给出对应的前端调度电路和数字收集模块等。模仿测验成果显现，该体系计划可行，可有用收集微应变信号，已成功应用于桥梁振荡检测等产品。
微应变信号收集是桥梁振荡监测、动态应变丈量和压力丈量等设备规划的要点。为完结微应变信号的高精度收集，本文根据德州仪器公司的24位高精度工业模仿-数字转化器ADS1278，规划了一个高精度微应变信号收集体系，并给出对应的前端调度电路和数字收集模块。测验成果显现，该体系能有用收集微应变信号。
1 ADS1278简介
1.1 ADS1278特色
ADS1278内部集成有多个独立的高阶斩波安稳调制器、FIR数字滤波器、输入多路复用器等功用。可通过内部操控寄存器的不同装备得到不同的A/D采样速率、采样方式、A/D转化精度等，支撑高速、高精度、低功耗、低速等4种作业方式。ADS1278能够通过设置相应的输入/输出引脚挑选作业方式，不需寄存器编程。其数据输出可选同步或SPI串行接口，便于衔接到FPGA、DSP及微操控器，适用于对功用、功耗要求高、模仿通道要求多的数据收集体系，如桥梁振荡剖析、动态应变丈量及压力丈量设备等。
ADS1278的首要功用有：8通道一起采样丈量，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(高分辨率方式)以及高达108 dB的总谐波失真(THD)等。
1.2 ADS1278作业原理
如图1所示为ADS1278内部结构框图，首要由8个独立的ADC并行完结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呼应(FIR)数字滤波器构成。调制器检测差分输入信号VIN=(AINP-AINN)，并与差分参阅电压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。作业时，调制器以高速采样输入信号(典型值输出数据率的64倍)，其发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作业方式有关，别离可取64倍(高速、低速、低功耗方式)或128倍(高精度方式)。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。
1.3 ADS1278接口特性
如图1所示，ADS1278转化后的数据输出选用串行接口，可选用SPI和帧同步两种接口协议。对应SPI和帧同步接口协议，转化后的数据别离通过独立的DOUT引脚以并行数据方式(离散方式)移位输出或通过一个一起的引脚DOUT1(TDM方式)移位输出，协议和数据输出格局的挑选由FORMAT[2：0]引脚的输入状况确认。
2 以ADS1278为中心的高精度采样电路
2.1 规划框图
采样电路总体规划框图如图2所示。其间，前端调度电路完结对输入信号VIN的滤波、扩大;ADS1278对经滤波、扩大的信号完结AD转化;通过FPGA的引脚电平挑选完结对ADS1278数据输出的接口类型、接口协议、掉电操控、输出格局、作业方式、主时钟、数据串口传输时钟等装备，并完结数据收集与传输;ARM处理器Cortex—A8首要完结对所收集来的数据进行剖析处理。
2.2 前端调度电路
ADS1278的前端调度电路如图3所示。选用共模滤波器ZJYS51R5-2P TDK和可编程增益扩大器PGA280AIPW对输入信号VIN进行滤涉及扩大，其间
、SCLK、SDI能够与FPGA相应输入输出端口衔接，通过FPGA的装备完结对输入信号1/8～128(1/8，1/4，1/2，1，2，4，8，…，128)的扩大倍数。
2.3 数字收集模块
如图2所示，ADS1278接纳差分模仿信号，输入信号接到引脚AINP、AINN，AINP为正信号输入端，AINN为负信号输入端。数字地(DGND)与模仿地(AGND)分隔布局，然后在ADS1278上通过一个共地点来衔接DGND和AGND引脚。
FPGA的IO_1(IO/LVDS23p)与ADS1278的掉电操控端口
相衔接，将IO_1拉低，屏蔽各通道的掉电操控功用。
ADS1278与EP1C12Q240C8之间选用SPI接口完结数据交换，以补码方式输出24位数据，正的满刻度输入时，输出数据编码为7FFFFFH;负的满刻度输入时，输出数据编码为800000H。MODE[1：0]=01。设置成高精度作业方式。TEST[1：0]=00，设置ADS1278处于正常作业方式。
ADS1278的
作为安排妥当状况查询信号，DOUT1引脚接FPGA的IO_13(IO/LVDS20n)，用来接纳ADS1278转化后的串行输出数据。 ADS1278无需发动信号，只需通电即开端转化，可在任何需求的时分通过查询
引脚为低电平时取走数据。在SPI串行时钟SCLK的时序下，FPGA从ADS1278的DOUT1引脚一位一位地读取，并首要存储在SRAM1芯片。当SRAM1存储满数据，FPGA内部总线答应ARM处理器取走数据;与此一起，FPGA持续从ADS1278的DOUT1引脚一位一位地读取，而数据存储在SRAM2芯片上;当SRAM2芯片存储满数据时，ARM处理器转而从SRA M2通过FPGA总线取走数据，FPGA继而又把从ADS1278读取来的数据存储在SRAM1……，如此循环往复，完结数据流不间断、无缝传输。即所谓的双RAM乒乓数据存储原理。
3 测验成果
如图4所示，输入信号为1/4桥电路的差分微应变模仿信号，其间，R1为应变片等效电阻，R2=R3=R4=120 Ω，均为精度达千分之一的精细电阻，确保能检测到应变片发生微变时所引起的信号。当应变片无形变时，R1的理论阻值为120 Ω，电桥处于平衡状况;当应变片发生形变时，电桥失衡，发生差分微应变模仿信号VIN，其值如下
为校验所规划收集体系的可行性，咱们使应变片先后在53、63、76、86、104秒时发生不同程度的形变，理论核算得到的电桥输出电压约为2×10-3、4×10-3，图5则是上述采样体系的实测输出。可见，该体系以高精度模数转化器ADS1278为中心，可完结对应变片发生细小形变所发生信号的准确转化和收集，具有十分高的精度。
4 结束语
ADS1278是根据△-∑技能的高精度高功用的工业级模数转化器，具有很多长处，通过合理的规划，可应用于对功用、精度要求高、模仿通道要求多的各种数据收集体系。本文以ADS1278为中心规划的微应变信号收集电路，已成功应用于桥梁振荡检测等产品。
