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

多路選擇器MUX允許5種設(shè)置：輸入1、輸入2、輸入1、2之間短路、400 Ω短路測試及共模測試；多路選擇器之后是時間連續(xù)的差分輸入、差分輸出CMOS可編程增益放大器(PGA)，PGA的增益范圍是1～64，可通過寄存器設(shè)置。PGA通過300 Ω的內(nèi)部電阻差分驅(qū)動調(diào)制器，在CAPP與CAPN之間需接COG型陶瓷電容以濾除調(diào)制器采樣時產(chǎn)生的瞬時干擾，外部電容用于反混疊濾波，其轉(zhuǎn)折頻率可由公式fp=1／6．3x600xC計算。
ADS1282的調(diào)制器是一個高性能、固有穩(wěn)定4階△-∑調(diào)制器，為2加2的通道結(jié)構(gòu)，該調(diào)制器在輸入過載情況下可進行預測及修復。調(diào)制器將待測差分輸入信號VIN(其中VIN=(AINP-AINN)PGA)與基準電壓VREF(VREF=VREFP-VREFN)相比較，得到1 s密度的數(shù)據(jù)流，如果輸入驅(qū)動超過調(diào)制器90％但低于100％，調(diào)制器仍保持穩(wěn)定連續(xù)的1 s密度數(shù)據(jù)流，當調(diào)制器的輸入超出滿量程范圍時，調(diào)制器將進入穩(wěn)定的飽和狀態(tài)，這時數(shù)字輸出代碼可能是正滿量程值或負滿量程值，當輸入返回到正常范圍時，調(diào)制器需要12個調(diào)制時鐘周期(fMOD)退出飽和狀態(tài)并返回到線性區(qū)域，數(shù)字濾波器另外需要62個轉(zhuǎn)換周期才可完全建立數(shù)據(jù)(線性相位FIR濾波)。
調(diào)制器的數(shù)據(jù)流輸出可直接被訪問、旁路并禁止輸入到內(nèi)部數(shù)字濾波器，也可連接到片上的數(shù)字濾波器以提供可讀的輸出代碼。設(shè)置CONFIGO寄存器的位FILTR[1：0]=00，可使調(diào)制器工作在輸出模式，這時引腳MO、M1變?yōu)檎{(diào)制器的數(shù)據(jù)輸出，MCLK變?yōu)檎{(diào)制器的時鐘輸出，但不工作在調(diào)制器輸出模式時，這些引腳為輸入引腳且需接固定值。
數(shù)字濾波器接收調(diào)制器的輸出并對數(shù)據(jù)流進行抽取，通過調(diào)節(jié)濾波器的數(shù)量，可以在精度和數(shù)據(jù)輸出率之間進行折衷，濾波器越多則精度越高，濾波器越少則數(shù)據(jù)輸出率越高。
數(shù)字濾波器由3個級聯(lián)的濾波器組成：1個抽取率可調(diào)的、五級sinc濾波器，1個具有可編程相位、32倍率抽取的有限沖擊響應(yīng)(FIR)低通濾波器及1個可編程的、一階高通濾波器(HPF)。數(shù)據(jù)可從這3級濾波器模塊的任意一級輸出，若完全不使用片上濾波器，則可選擇濾波器旁路設(shè)置(調(diào)制器輸出)，若部分使用片上濾波器，則可選擇sinc濾波器輸出，表l為濾波器的設(shè)置。

SYNC信號輸入將使數(shù)字濾波器及調(diào)制器執(zhí)行復位操作，允許多個ADS1282與某個外部事件同步轉(zhuǎn)換。輸入將使寄存器設(shè)置復位并重啟轉(zhuǎn)換處理，輸入將使芯片進入微功耗狀態(tài)，注意在模式將不保持原寄存器中的設(shè)置，如果希望原寄存器中的設(shè)置不變，可使用待機(STANDBY)命令進行設(shè)置(在待機模式下靜態(tài)電流會稍微大一些)。
ADS1282根據(jù)輸入范圍選擇單電源供電或雙電源供電(AVDD和AVSS相互獨立)，數(shù)字電源可為1．8～3．3 V，模擬電源可設(shè)置為+5 V以接收單極性信號或設(shè)置為較低的±2．5 V內(nèi)的雙電源，以接收真正的雙極性輸入信號。

2 在地震數(shù)據(jù)采集單元中的應(yīng)用
2．1 采集單元的系統(tǒng)構(gòu)成
該單通道地震數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計方案是在分布式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計理念的基礎(chǔ)上提出的，該數(shù)據(jù)采集單元可實現(xiàn)單通道地震波信號的原位數(shù)字化及數(shù)據(jù)存儲、通信功能，可有效去除模擬信號傳輸中的干擾信號，提高地震信號采集的質(zhì)量，地震信號的數(shù)據(jù)處理、波形顯示和記錄功能，由控制主機完成。單通道地震數(shù)據(jù)采集單元的硬件主要由地震信號傳感器、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲器、電源管理模塊及串行通信接口構(gòu)成，為達到低功耗、小體積、高精度、高分辨率的設(shè)計目的，地震信號傳感器選擇基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的振動信號傳感器ADXL001，微控制器選用高性能、低電壓、16位RISC微控制器MSP430F123，此外，為滿足大數(shù)據(jù)量采集的應(yīng)用需要外擴1個32 KBx8的低功耗FRAM芯片，經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)首先存入FRAM中，然后通過串行通信接口送到主機，圖3為單道地震數(shù)據(jù)采集單元的硬件組成框圖，設(shè)計中將模擬電路和數(shù)字電路分開供電，觸發(fā)電路用于實現(xiàn)采集與外部震源同步。

2．2 ADS1282的應(yīng)用接口電路
該數(shù)據(jù)采集單元主要用于陸地勘探，將模擬地震信號傳感器(簡稱地震檢波器)拾取的地震波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過串行接口傳送到控制主機，為了提高采集信號的質(zhì)量、有效去除環(huán)境造成的噪聲干擾，將傳感器輸出信號通過前端濾波網(wǎng)絡(luò)送入ADS1282的模擬輸入端，接入方式采用差模方式。設(shè)計中為提高勘探精度，保證采集信號的質(zhì)量不會隨時間、地點、環(huán)境和條件而變化，ADS1282的另一對差分輸入端接標準信號源(信號源由專門電路產(chǎn)生)，在啟動正式數(shù)據(jù)采集之前可對標準信號進行采集以獲得相應(yīng)的校準參數(shù)，然后對ADS1282內(nèi)部的增益及失調(diào)檢測寄存器進行正確設(shè)置。
圖4為地震信號傳感器與ADS1282輸入前端的應(yīng)用接口電路，ADS1282采用±2．5 V電源供電。地震信號傳感器的輸出信號通過R1、R2及C1、C2、C3構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)去除高頻干擾，為保持良好的共模抑制特性，要求R1、R2匹配精度達到0．1％。電容C3與C1并聯(lián)可有效降低由于兩輸入端C1、C2不匹配引起的共模誤差，當C3比C1大10倍時，可將因C1、C2不匹配造成的共模誤差降低20倍。