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ADS1282及其在單通道地震數據采集單元中的應用

作者: 時間:2010-12-20 來源:網絡 收藏


多路選擇器MUX允許5種設置: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,可通過寄存器設置。PGA通過300 Ω的內部電阻差分驅動調制器,在CAPP與CAPN之間需接COG型陶瓷電容以濾除調制器采樣時產生的瞬時干擾,外部電容用于反混疊濾波,其轉折頻率可由公式fp=1/6.3x600xC計算。
的調制器是一個高性能、固有穩定4階△-∑調制器,為2加2的通道結構,該調制器在輸入過載情況下可進行預測及修復。調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密度的數據流,如果輸入驅動超過調制器90%但低于100%,調制器仍保持穩定連續的1 s密度數據流,當調制器的輸入超出滿量程范圍時,調制器將進入穩定的飽和狀態,這時數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,調制器需要12個調制時鐘周期(fMOD)退出飽和狀態并返回到線性區域,數字濾波器另外需要62個轉換周期才可完全建立數據(線性相位FIR濾波)。
調制器的數據流輸出可直接被訪問、旁路并禁止輸入到內部數字濾波器,也可連接到片上的數字濾波器以提供可讀的輸出代碼。設置CONFIGO寄存器的位FILTR[1:0]=00,可使調制器工作在輸出模式,這時引腳MO、M1變為調制器的數據輸出,MCLK變為調制器的時鐘輸出,但不工作在調制器輸出模式時,這些引腳為輸入引腳且需接固定值。
數字濾波器接收調制器的輸出并對數據流進行抽取,通過調節濾波器的數量,可以在精度和數據輸出率之間進行折衷,濾波器越多則精度越高,濾波器越少則數據輸出率越高。
數字濾波器由3個級聯的濾波器組成:1個抽取率可調的、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(FIR)低通濾波器及1個可編程的、一階高通濾波器(HPF)。數據可從這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置(調制器輸出),若部分使用片上濾波器,則可選擇sinc濾波器輸出,表l為濾波器的設置。


SYNC信號輸入將使數字濾波器及調制器執行復位操作,允許多個與某個外部事件同步轉換。輸入將使寄存器設置復位并重啟轉換處理,輸入將使芯片進入微功耗狀態,注意在模式將不保持原寄存器中的設置,如果希望原寄存器中的設置不變,可使用待機(STANDBY)命令進行設置(在待機模式下靜態電流會稍微大一些)。
根據輸入范圍選擇單電源供電或雙電源供電(AVDD和AVSS相互獨立),數字電源可為1.8~3.3 V,模擬電源可設置為+5 V以接收單極性信號或設置為較低的±2.5 V內的雙電源,以接收真正的雙極性輸入信號。

2 在數據采集單元中的應用
2.1 采集單元的系統構成

數據采集單元設計方案是在分布式數據采集系統設計理念的基礎上提出的,該數據采集單元可實現地震波信號的原位數字化及數據存儲、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量,地震信號的數據處理、波形顯示和記錄功能,由控制主機完成。地震數據采集單元的硬件主要由地震信號傳感器、模/數轉換器、微控制器、存儲器、電源管理模塊及串行通信接口構成,為達到低功耗、小體積、高精度、高分辨率的設計目的,地震信號傳感器選擇基于微電子機械系統(MEMS)技術的振動信號傳感器ADXL001,微控制器選用高性能、低電壓、16位RISC微控制器MSP430F123,此外,為滿足大數據量采集的應用需要外擴1個32 KBx8的低功耗FRAM芯片,經模/數轉換后的數據首先存入FRAM中,然后通過串行通信接口送到主機,圖3為單道地震數據采集單元的硬件組成框圖,設計中將模擬電路和數字電路分開供電,觸發電路用于實現采集與外部震源同步。


2.2 ADS1282的應用接口電路
該數據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換為數字信號,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量、有效去除環境造成的噪聲干擾,將傳感器輸出信號通過前端濾波網絡送入ADS1282的模擬輸入端,接入方式采用差模方式。設計中為提高勘探精度,保證采集信號的質量不會隨時間、地點、環境和條件而變化,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生),在啟動正式數據采集之前可對標準信號進行采集以獲得相應的校準參數,然后對ADS1282內部的增益及失調檢測寄存器進行正確設置。
圖4為地震信號傳感器與ADS1282輸入前端的應用接口電路,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構成的濾波網絡去除高頻干擾,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。



關鍵詞: 1282 ADS 單通道 地震

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