电压信号采集部分，24位高精度模数转换芯片实现

电压信号采集部分

电压信号采集是对实验数据的直接获取，其采集精度决定了实验的精度。接地网阻值比较小，属于毫欧数量级，注入电流为1A时，所需采集的电压信号是毫伏数量级。所以电压信号采集需要较高的稳定性和较高的分辨率。电压信号采集部分主要由A/D转换模块、电压通道切换模块构成。
要得到高精度的实验数据，就需要一款高性能的A/D转换芯片。设计选用德州仪器推出的一款高性能的模数转换器ADS1256。它是一款高性能的24位数模转换器，数据采样率最高可达30kps，电压最大采集范围为-5V到+5V。在其内部还集成了可编程的数字滤波器和程控放大器。ADS1256有单端输入和差分输入两种采集模式，可配置为8路单端输入或四路差分输入。并且该模数转换器的无噪声精度能够达到23bit，使用全双工的高速SPI接口与处理器进行通讯。

图1 A/D转换模块电路图

将ADS1256配置为四路差分输入，其中AIN0和AIN1的差分通道与参考电压和参考地连接，测量参考电源和地的相对电压，用以矫正其它通道。AIN2和AIN3差分通道与电压通道切换模块输出的CHOUT_A和CHOUT_B信号相连，测量实验所需的电压信号。AIN4和AIN5连接横流激励源模块的0.1Ω采样电阻的两端，用来测量注入电流。AIN6和AIN7用来测量恒流源控制电压信号VP1。通过以上策略在降低电压采集误差同时又可以做到各个环节可监测可控制。

A/D转换基准电源

A/D转换器需要一个高精度的精密电源来产生进行模数转换使用的基准电压，它的精度直接影响着A/D转换的精度，一个高精度的运放同样也需要一个高精度基准电压。ADS1256的基准电压为2.5V，选择ADR03A为其提供基准电压。

图2 A/D转换基准电源电路图

ADR03A是一款2.5V精密基准电压源，精度可达±0.1%，低噪声，最能够输出10mA的电流，并且无需外部电容。在电源输出端，连接着由一片OPA350精密运算放大器组成的电压跟随器，进行阻抗的变换，以获得精密电压源的最佳输出效果，为A/D转换器提供高质量高精度的基准电压。