使用，精密电流源，传感器以及精密电压参考源直接由输入电源供电，输入电源经过一片低压差LDO产生5V电源给ADC芯片的模拟部分和复位芯片供电，输入电源经过另一片LDO产生3.3V电源给ADC芯片的数字部分以及控制器，接口芯片等主要数字芯片供电。因为ADC的模拟部分属于精密的线性电路，对电源的噪声比较敏感，所以5V电源需要由一块噪声尽量低，PSRR尽量高的LDO提供，实际电路中采用了 TPS7A4901这款芯片。同时，3.3V电源的功耗相对较高，采用5V线性稳压器降压产生的话需要5V电源提供较高的输出电流，一般情况下随着输出电流的提高，LDO的电源抑制比会恶化，这样增加了 5V电源选型的困难程度，综合考虑芯片的最高输入电压，输出电流能力和热阻，实际中采用了 S0T-223封装的LM1117提供3.3V电源。
[0016]电源给ADC芯片的数字部分以及控制器，接口芯片等主要数字芯片供电。因为ADC的模拟部分属于精密的线性电路，对电源的噪声比较敏感，所以5V电源需要由一块噪声尽量低，PSRR尽量高的LDO提供，所以采用TPS7A4901这款芯片。同时，3.3V电源的功耗相对较高，采用5V线性稳压器降压产生的话需要5V电源提供较高的输出电流，一般情况下随着输出电流的提高，LDO的电源抑制比会恶化，这样增加了 5V电源选型的困难程度，输出电流能力和热阻，采用了 S0T-223封装的LM1117提供3.3V电源。
[0017]相对于以往的信号调理电路单独作为信号链上一级模块的做法，使用ADS1255能在保证系统性能的前提下大大简化整体，信号调理电路属于精密的模拟电路，需要细致的布局和布线工作以保证性能，一般而言，布局、布线的质量和整个电路板的面积是一对矛盾，所以这个工作往往会受到各种各样实际限制而难以达到最佳。采用ADS1255片内的器件，能把硬件电路需要进行的工作抽象成对ADS1255片内寄存器的修改，这在简化硬件电路设计和调试的同时也实现了整个系统的小型化。
[0018]控制芯片的主要任务是在上电之后对ADC进行配置，使其以一个合适的工作状态工作，同时初始化各个对外接口，以保证数据可以上传到上位机进行进一步处理。因为上位机程序本身的控制比较复杂，采用USB总线作为主要的数据通道，同时保留串口作为调试接口。串口可以辅助输出一些数据以便获知模拟前端和USB总线的工作状态。选用一块带有USB2.0接口的ARM芯片作为主控制器，串口配合MAX3232 —起使用。
[0019]系统的整个工作过程如下:上电后，电源系统为各个芯片供电，复位芯片对控制芯片进行复位，用户代码开始执行。控制芯片分别对片上的SPI控制器，USB控制器和串口控制器进行配置，然后通过SPI控制器对ADC进行配置，再通过GP1对温度传感器进行配置。配置结束后，控制器打开中断等待ADC转换结束，在ADC的数据准备好的同时，控制芯片进入中断，读取ADC的值和温度传感器的值，计算ADC的转换结果，并通过对比当前温度和存储器中保存的传感器的温度曲线对ADC的转换结果进行修调，最后将结果通过USB总线发送到上位机上，之后控制器进入空闲状态，等待下个中断的到来。上位机对系统的控制通过USB总线实现，上位机发起控制指令后，USB控制器对主控制器发起中断，主控制器读取上位机发来的指令并在下一个转换中断之后中把新的配置写入到ADC中。
【主权项】
1.一种小信号采集系统，由模拟前端电路，控制及对外通信电路以及电源电路三部分组成，其特征在于:信号流向:传感器产生的差分信号直接被高精度模拟数字转换器拾取，在ADC内部进行放大和滤波等信号调理工作，再转换成数字信号传送到控制芯片，控制芯片对该数字信号进行幅值校正，再将调整后的信号通过USB总线传动给上位机，上位机接收到数据后通过上位机程序讲信号波形显示出来，用户使用上位机程序对信号波形进行操作。2.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:所述的电源部分，输入电源为12V直流稳压电源，外接电源经过LC滤波器后作为系统的12V电源供后级使用，精密电流源，传感器以及精密电压参考源直接由输入电源供电，输入电源经过一片低压差线性稳压器产生5V电源给ADC芯片的模拟部分和复位芯片供电。3.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:所述的精密电流源使用LT3092芯片，为传感器提供偏执电流，在电流源的直流偏执下，信号以差分电压的形式给出。4.根据权利要求3所述的一种小信号采集系统，其特征在于:所述的精密电流源芯片的工作原理为:1uA参考电流源通过编程电阻RSET放电，同时在RSET上产生压降USET，输出电阻ROUT上流过负载电流IS0URCE产生压降UOUT，运算放大器通过放大USET和UOUT的差值来调整三极管Tl和T2的发射极电流，进而调整负载电流。5.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:信号链部分采用ADS1255芯片，芯片内部集成了差分输入的缓冲放大器，I到64倍7种可调增益的程控增益放大器和一个24位125 Δ - Σ模数转换器，芯片的输出采用SPI接口形式，通过Data ready信号对控制芯片发起中断提醒控制芯片读取转换好的数据。6.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:控制芯片采用USB总线作为主要的数据通道，保留串口作为调试接口，并设有一块USB2.0接口的ARM芯片作为主控制器，串口配合MAX3232 —起使用。7.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:工作过程为:上电后，电源系统为各个芯片供电，复位芯片对控制芯片进行复位，用户代码开始执行；控制芯片分别对片上的SPI控制器，USB控制器和串口控制器进行配置，然后通过SPI控制器对ADC进行配置，再通过GP1对温度传感器进行配置；配置结束后，控制器打开中断等待ADC转换结束，在ADC的数据准备好的同时，控制芯片进入中断，读取ADC的值和温度传感器的值，计算ADC的转换结果，并通过对比当前温度和存储器中保存的传感器的温度曲线对ADC的转换结果进行修调，最后将结果通USB总线发送到上位机上，之后控制器进入空闲状态，等待下个中断的到来；上位机对系统的控制通过USB总线实现，上位机发起控制指令后，USB控制器对主控制器发起中断，主控制器读取上位机发来的指令并在下一个转换中断之后中把新的配置写入到ADC中。8.根据权利要求1所述的一种小信号采集系统，其特征在于:输入电源使用12V锂电池。
【专利摘要】本发明提出了一种高精度小信号采集系统，在仪器仪表中有着重要的应用价值。系统可以与不同的传感器进行衔接以实现对各类信号的检测，整个系统的工作流程为：传感器通过内部的惠斯通电桥将电信号以差分信号的形式输出到高性能24位125??∑模数转换器ADS1255上，ADS1255将采得的数据输出到上位机上，经过上位机软件的校正，传感器输出的信号最终呈现在显示设备上，系统可达到5uV的电压分辨率。
【IPC分类】G05B19/04
【公开号】CN105652697
【申请号】
【发明人】夏子涵
【申请人】成都市创为凯科技信息咨询有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月10日