ADS1282及其在单通道地震数据采集单元中的应用

多路选择器MUX允许5种设置：输入1、输入2、输入1、2之间短路、400 Ω短路测试及共模测试；多路选择器之后是时间连续的差分输入、差分输出CMOS可编程增益放大器(PGA)，PGA的增益范围是1～64，可通过寄存器设置。PGA通过300 Ω的内部电阻差分驱动调制器，在CAPP与CAPN之间需接COG型陶瓷电容以滤除调制器采样时产生的瞬时干扰，外部电容用于反混叠滤波，其转折频率可由公式fp=1／6．3x600xC计算。
ADS1282的调制器是一个高性能、固有稳定4阶△-∑调制器，为2加2的通道结构，该调制器在输入过载情况下可进行预测及修复。调制器将待测差分输入信号VIN(其中VIN=(AINP-AINN)PGA)与基准电压VREF(VREF=VREFP-VREFN)相比较，得到1 s密度的数据流，如果输入驱动超过调制器90％但低于100％，调制器仍保持稳定连续的1 s密度数据流，当调制器的输入超出满量程范围时，调制器将进入稳定的饱和状态，这时数字输出代码可能是正满量程值或负满量程值，当输入返回到正常范围时，调制器需要12个调制时钟周期(fMOD)退出饱和状态并返回到线性区域，数字滤波器另外需要62个转换周期才可完全建立数据(线性相位FIR滤波)。
调制器的数据流输出可直接被访问、旁路并禁止输入到内部数字滤波器，也可连接到片上的数字滤波器以提供可读的输出代码。设置CONFIGO寄存器的位FILTR[1：0]=00，可使调制器工作在输出模式，这时引脚MO、M1变为调制器的数据输出，MCLK变为调制器的时钟输出，但不工作在调制器输出模式时，这些引脚为输入引脚且需接固定值。
数字滤波器接收调制器的输出并对数据流进行抽取，通过调节滤波器的数量，可以在精度和数据输出率之间进行折衷，滤波器越多则精度越高，滤波器越少则数据输出率越高。
数字滤波器由3个级联的滤波器组成：1个抽取率可调的、五级sinc滤波器，1个具有可编程相位、32倍率抽取的有限冲击响应(FIR)低通滤波器及1个可编程的、一阶高通滤波器(HPF)。数据可从这3级滤波器模块的任意一级输出，若完全不使用片上滤波器，则可选择滤波器旁路设置(调制器输出)，若部分使用片上滤波器，则可选择sinc滤波器输出，表l为滤波器的设置。

SYNC信号输入将使数字滤波器及调制器执行复位操作，允许多个ADS1282与某个外部事件同步转换。输入将使寄存器设置复位并重启转换处理，输入将使芯片进入微功耗状态，注意在模式将不保持原寄存器中的设置，如果希望原寄存器中的设置不变，可使用待机(STANDBY)命令进行设置(在待机模式下静态电流会稍微大一些)。
ADS1282根据输入范围选择单电源供电或双电源供电(AVDD和AVSS相互独立)，数字电源可为1．8～3．3 V，模拟电源可设置为+5 V以接收单极性信号或设置为较低的±2．5 V内的双电源，以接收真正的双极性输入信号。

2 在地震数据采集单元中的应用
2．1 采集单元的系统构成
该单通道地震数据采集单元设计方案是在分布式地震数据采集系统设计理念的基础上提出的，该数据采集单元可实现单通道地震波信号的原位数字化及数据存储、通信功能，可有效去除模拟信号传输中的干扰信号，提高地震信号采集的质量，地震信号的数据处理、波形显示和记录功能，由控制主机完成。单通道地震数据采集单元的硬件主要由地震信号传感器、模／数转换器、微控制器、存储器、电源管理模块及串行通信接口构成，为达到低功耗、小体积、高精度、高分辨率的设计目的，地震信号传感器选择基于微电子机械系统(MEMS)技术的振动信号传感器ADXL001，微控制器选用高性能、低电压、16位RISC微控制器MSP430F123，此外，为满足大数据量采集的应用需要外扩1个32 KBx8的低功耗FRAM芯片，经模／数转换后的数据首先存入FRAM中，然后通过串行通信接口送到主机，图3为单道地震数据采集单元的硬件组成框图，设计中将模拟电路和数字电路分开供电，触发电路用于实现采集与外部震源同步。

2．2 ADS1282的应用接口电路
该数据采集单元主要用于陆地勘探，将模拟地震信号传感器(简称地震检波器)拾取的地震波信号转换为数字信号，然后通过串行接口传送到控制主机，为了提高采集信号的质量、有效去除环境造成的噪声干扰，将传感器输出信号通过前端滤波网络送入ADS1282的模拟输入端，接入方式采用差模方式。设计中为提高勘探精度，保证采集信号的质量不会随时间、地点、环境和条件而变化，ADS1282的另一对差分输入端接标准信号源(信号源由专门电路产生)，在启动正式数据采集之前可对标准信号进行采集以获得相应的校准参数，然后对ADS1282内部的增益及失调检测寄存器进行正确设置。
图4为地震信号传感器与ADS1282输入前端的应用接口电路，ADS1282采用±2．5 V电源供电。地震信号传感器的输出信号通过R1、R2及C1、C2、C3构成的滤波网络去除高频干扰，为保持良好的共模抑制特性，要求R1、R2匹配精度达到0．1％。电容C3与C1并联可有效降低由于两输入端C1、C2不匹配引起的共模误差，当C3比C1大10倍时，可将因C1、C2不匹配造成的共模误差降低20倍。