ADS1256是公司Burr-Brown產品線推出的微功耗、高精度、8通道、24位△-∑型高性能模數轉換器(ADC)。該器件提供高達23比特的無噪聲精度、數據速率高達30kSPS(次采樣/秒)、0.0010%非線性特性(最大值)以及眾多的板上外設(輸入模擬多路開關、輸入緩沖器、可編程增益放大器和可編程數字濾波器等)，可為設計人員帶來完整而高分辨率的量測解決方案。ADS1256采用SSOP-2封裝，1000顆采購量零售單價為8.95美元。

ADS1256主要特點

1、8通道輸入：可同時采集8路信號輸入。

2、測量范圍廣：基本范圍為0-5V輸入電壓，可在輸入端可焊接分壓電阻，將電壓調整至0-5V內，所以此采集卡可采集市面上大部分標準電壓，

3、采集頻率高，精度高：采集卡的采集速率為30K/s，精度可達到0.00001。

4、工業(yè)應用級布線，模地，數字地完全隔離，抗干擾能力強。

5、體積小，方便安裝應用

6、跳帽設計，方便多重狀態(tài)組合

ADS1256內部結構

ADS1256的內部結構如圖1所示。該器件主要由模擬多路開關(MUX)、輸入緩沖器(BUF)、可編程增益放大器(PGA)、四階△-∑調制器、可編程數字濾波器、時鐘發(fā)生器、控制器和串行SPI接口等組成。由于ADS1256提供有九路模擬輸入端，因此，可使用模擬多路開關寄存器來將其配置為4路差動輸入、8路單極輸入或差動輸入和單極輸入的組合。當模擬輸入通道0被選擇為正差動輸入端(AINP)時，其余通道可被選擇為負差動輸入端(AINN)。通常，輸入引腳的選擇是沒有限制的，但是為了得到最佳的模擬性能，推薦如下的引腳連接方式：

1.作差動測量時，一般將AIN0~AIN7作為輸入端，不用AINCOM;

2.作單極測量時，一般將AIN0~AIN7作為單極輸入端;AINCOM作為公共輸入端，但是不把AINCOM接地;

3.將未用的模擬輸入引腳懸空，這樣有利于減小輸入泄漏電流。

ADS1256工作原理

ADS1256采用四線制(時鐘信號線SCLK、數據輸入線DIN、數據輸出線DOUT和偏片選線CS)SPI通信方式，只能工作在SPI通信的從模式下。設計時可以通過各種主控制器(如單片機等)來控制ADS1256片上的寄存器，并通過串口讀寫這些寄存器。串口通信時，必須保持CS為低電平。DRDY引腳用來表明轉換已經完成，可以通過RDADA或者RDATAC命令從DOUT引腳讀取最新的轉換數據。在SPI通信過程中，可同步地發(fā)送和接收數據，而且數據也可來利用SCLK和DIN、DOUT信號同步移動。SCLK信號要盡量保持干凈以免發(fā)生數據錯誤，在SCLK的上升沿，可通過DIN向ADS1256發(fā)送數據，而在SCLK的上升沿，可通過DOUT從ADS1256讀取數據。DIN和DOUT也可以通過一條雙向信號線與主控制器相連，但在這種情況下，一定不能用RDATAC命令來讀取數據。圖2為SPI通信時序關系。

ADS1256有四個通用數字I/O口，所有的I/O口都可以通過IO寄存器設置為輸入或輸出。通過IO寄存器的DIR位可對每一個腳的輸入或輸出進行設置;DIO位用于控制每一個腳的狀態(tài)。通過D0腳可設置一個時鐘發(fā)生器以供別的設備使用(如微控制器等)。此時鐘可以通過ADCON寄存器的CLK0和CLK1位設置成fCLKIN、fCLKIN/2、fCLKIN/4。把D0作為時鐘要增加電壓的消耗，因此，如果不需要時鐘輸出功能，最好在上電或者復位后通過寫ADCON寄存器使其處于無效狀態(tài)。不用的IO引腳可以作為輸入接地，也可以設置為輸出，這樣有利于減小電源消耗。

ADS1256的主時鐘可以由外部晶振或時鐘發(fā)生器提供。由外部晶振產生時，PCB布線板上的晶振應該盡量地靠近ADS1256。為了保證能夠起振并得到一個穩(wěn)定頻率，可使用一個外部電容(一般使用陶瓷電容)。晶振頻率一般選擇7.68MHz(即fCLKIN=7.68 MHz)。

ADS1256可通過復位引腳RESET、RESET命令和特殊串口通信時鐘SCLK三種方式進行復位。ADS1256的同步操作則有SYNC/PDWN引腳和SYNC命令兩種方式。

ADS1256工作過程的建立主要是通過對11個獨立寄存器的設置來完成，這些寄存器包括了所有需要設置的信息，如采樣速度、模擬多路開關、PGA設置、I/O選擇、自校準等。表1給出了ADS1256的主要寄存器狀態(tài)，其中包括：狀態(tài)寄存器STATUS、模擬多路開關寄存器MUX、AD控制寄存器ADCON和數據速度寄存器DRATE。

其中，狀態(tài)寄存器STATUS(地址00h，復位值為X1H)的高四位(ID位)由出廠設定，ORDER位為數據輸出順序選擇位，為0時，數據輸出高位在先(默認);為1時，數據輸出低位在先。ACAL位為自動校準選擇位，為0時，自動校準關閉(默認);為1時，自動校準開啟。BUFFER位為輸入緩沖選擇位，為0時，輸入緩沖關閉(默認);為1時，輸入緩沖開啟。DRDY位為轉換數據狀態(tài)位，此位完全復制DRDY引腳的狀態(tài)，DRDY低電平時，表明數據轉換結束，結果可以讀出;高電平時，表明沒有數據轉換或者正在轉換數據，此時不能讀數據。

模擬多路開關寄存器MUX(地址01h)的復位值為01H。其PSEN3~PSEN0位為差動信號正輸入端選擇位，具體選擇如下：0000=AIN0(默認)，0001= AIN1，0010= AIN2，0011= AIN3，1XXX= AINCOM;NSEL3~NSEL0為差動信號負輸入端選擇位，具體選擇為0000= AIN0，0001= AIN1(默認)，0010= AIN2，0011= AIN3，1XXX= AINCOM。

AD控制寄存器ADCON(地址02h)的最高位一般不用(始終為0)。CLK1、CLK0為輸出時鐘選擇位，00為輸出時鐘關閉;01為fCLKIN(默認);10為fCLKIN/2;11為fCLKIN/4。SDCS1、SDCS0為傳感器檢測選擇位，其中：00表示傳感器檢測關閉(默認);01表示傳感器檢測電流為0.5μA;10表示傳感器檢測電流為2μA;11表示傳感器檢測電流為10μA。PGA2~ PGA0為可編程增益放大器的放大倍數選擇位，000=1(默認);001=2;010=4;011=8;100=16;101=32;110=64;111=128。

數據速率寄存器DRATE(地址02h)的復位值為F0H。DIR7~DIR0為數據速率選擇位，具體選擇如下：11110000=30kSPS(默認);11100000=15 kSPS;……;00010011=5 kSPS;00000011=2.5 kSPS。

ADS1256的典型應用電路

圖3 所示是ADS1256的典型應用電路。由于ADS1256是精度極高的A/D轉換器，在應用期間要特別注意該器件的外圍電路和印刷電路板的設計。

同其他高精度A/D轉化器一樣，ADS1256在實際應用時，也要特別注意電源和地的布線。在模擬電源和數字電源的輸入端一般要并聯一個小的陶瓷電容和一個大的鉭電容(或者陶瓷電容)，一般采用圖3所示的阻容濾波。注意電容要盡量靠近輸入端，而且應使小電容更靠近ADC。特別注意要為VREFN和VREFP提供干凈的電源，可以直接由AVDD(模擬電壓)或由其分壓得到，也可以采用獨立的參考電源供電，但該電源一定要具有極低的噪聲和溫漂，否則將會直接影響ADS1256的性能。通常在輸入端要采用如圖3所示的RC低通濾波器來限制高頻噪聲，而且輸入線越短越好。在接地方面，推薦采用模擬電源和數字電源共地的方式，要注意旁路電容和模擬調整電路的應用，避免數字噪聲元件(例如微處理器)也公用此地。如果ADS1256采用不同的接地網絡，一定要采用單點接地，避免模擬地(AGND)和數字地(DGND)之間有電壓存在。如果不用D0~D3，可以將其當作輸入接地。如果不用RESET和SYNC/PDWN引腳，亦可將其直接接入數字電壓輸入端(DVDD)。

注意

1、在ADS1256片外要將模擬地AGND和數字地DGND連接在一起。否則，AGND和DGND之間存在電壓，會使ADS1256無法正常工作。

2、在印刷電路板布線時，應將外部晶振盡可能地靠近ADS1256，否則將影響輸入幅值的大小，而當幅值太小時，可以通過減小晶振兩端的電容來增大其幅值，電容范圍應在0~20μF，晶振為7.68MHz時，接入電容的典型值為18pF。

3、為了得到最佳的轉換結果，每次改變初始寄存器值時(例如改變輸入通道)，最好自校準一次。而且應在改變輸入通道命令后發(fā)同步命令SYNC，然后經過一段延時時再讀取上次轉換的結果。該延時應隨著ADS1256的采樣頻率和濾波方式變化而變化。

4、在使用ADS1256處理微小信號時，最好采用比例測量，并應在DRDY由高變低時讀取數據。