高精度模数转换器(ADC)

Σ-Δ转换器的特点是将绝大多数的噪声从动态转移到阻态，因而Σ-Δ转换器通常被用于对成本与精度有要求的低频场合。CS1232是芯海科技公司自主设计的一款高精度模数转换器(ADC),采用先进的3阶Σ-Δ 转换技术，可用于低电平、高精度测量，尤其适用于衡器领域，软件和硬件上不需要做任何修改，即可完全兼容于TI公司的ads1232。

CS1232的有效精度达到23.5位,可以在3.3V-5.5V的电压范围内正常工作，工作电压范围宽，并且内置4.9152M晶振，无需外部提供时钟信号，如果同时运行多个芯片，还可以使用外部时钟。通过控制PDWN引脚为低电平，可以使芯片进入掉电工作模式，功耗电流仅1μA。片内有两路差分通道，可用于多通道测量。片上内置低噪声的仪用放大器，最高128倍，可以直接测量幅度较小的微小信号。输出速度可以选择10Hz或80Hz，采用10Hz的数据速率时，可拟制50Hz和60Hz的干扰信号。CS1232的增益温漂约2pp/℃,并内置温度传感器，可以监测环境温度。

关键特性及结构

CS1232包括一个高性能Σ-ΔADC、低噪声放大器(PGA)、多路复用器、时钟、校准寄存器和串行外围接口，图1为CS1232的内部结构图。

CS1232内置一路Σ-Δ ADC，ADC采用三阶Σ-Δ调制器，通过低噪声仪用放大器结构实现PGA放大，PGA=1时，有效分辨率23.5位；PGA=128时，有效分辨率可达21位,内部放大器具有低噪声、低温漂等优点。CS1232的参数配置都通过外部引脚控制，无需寄存器编程。

图1: CS1232的内部结构图。

典型应用设计

传统的精密数据转换器解决方案不能兼备低噪声和低功耗的特性，而CS1232因为具有功耗低、噪声小、温漂系数小等特点，特别适合于衡器仪表、电子天平、数字传感器等小信号测量领域。图2给出了CS1232的仪表方案典型应用电路。

图2：采用CS1232的仪表方案典型应用电路。

图2中的传感器是电阻应变式传感器。根据电阻应变式传感器的原理，四片应变片构成全桥桥路，在电桥供电端施加恒定的直流电压，则电桥输出端的电压将与其上所承受的压力成正比，由此可根据输

出电压的不同来测量重量。传感器的输出信号经过滤波电路，消除信号中的串模、共模干扰以及高频干扰信号后进入ADC转换器。

本系统采用ADC转换器CS1232，主控MCU采用CSU8312。CS1232的数据输出速率选择10Hz。为了对小信号进行精确测量，芯片内部放大器的增益设置为128倍，当传感器的信号量发生变化时，CS1232将信号采信并通过内部增益放大处理后，转换为数字量传送给CS8312，经滤波等处理转换为有效的数据。

电阻式应变片受压变形后，会使得电阻产生的变化量，如图3所示。受压后产生在信号两端的电压变化为：

公式1

由于电压变化大致为mV级的电压信号，要做一个高精度的秤，处理的信号量需接近于100nV；ADC 的性能是否能够达到性能要求，是由RMS噪声决定的，RMS噪声越小，说明ADC的性能越优。一般来讲，产品的内外解析度需达到1:10，既外部显示30,000d的分度，内部的解析度必须达到300000d。

以一个30,000d分度的仪表为例，传感器的灵敏度是2mV/V，传感器供电电压5V，满量程约使用75%的信号量,则满量程输出信号大小为7.5mV，要做60000d的仪表，需识别的最小信号量是：

公式2

而CS1232的RMS噪声只有115nV,完全可以满足测量最小信号的要求。再通过数字滤波，还可以把有效分辨率再提高2倍，可以达到30nV，内部解析度可以做到1:5，完全满足内外解析度的要求。

为保证采集到的信号精度，CS1232的工作电源和系统MCU的工作电源采用分开供电的方式。

CS1232模拟电源和数字电源采用同一电源供电，模拟地和数字地采用同一地，以增强抗干扰性能。

本文小结

CS1232芯片采用了芯海科技成熟的Σ-Δ转换技术，目前该芯片已经获得客户的批量应用。采用

CS1232设计的系统方案具有以下优点：集成了低噪声、低温漂放大器，不需要外置放大电路；高达23位的高精度分辨率，可对信号进行准确测量；可同时拟制50Hz、60Hz陷波，抗干扰性好；内置温度传感器，可进行温度补偿；简单的串行数字接口；测量信号动态范围宽。

图3: 电阻式应变片受压变形后，会使得电阻产生的变化量。供稿：深圳市芯海科技有限公司