高精度数据采集系统设计与实现

来源：中芯巨能：提供选型指导+样片测试+现货供应| 发布日期：2025-04-27 16:00:01 浏览量：

在现代工业应用中，数据采集系统扮演着至关重要的角色。这些系统不仅负责测量基于传感器的温度、流量、液位和压力等物理量，还将这些信息转换为数字信号以供进一步处理。随着技术的发展，对数据采集系统的精确度要求越来越高。为了满足这一需求，开发人员需要综合考虑多种因素，如信号噪声、漂移以及提高转换和传输速率。

在构建高效的数据采集系统时，输入级的设计至关重要。它不仅需要具备高输入阻抗来直接连接不同类型的传感器及其模拟输出，还需要能够缓冲、放大和调整输入信号电平，或生成差分信号，以便覆盖模数转换器(ADC)的整个电压范围，并满足其共模电压要求。原始测量信号应尽量保持不失真，因此，选择合适的可编程增益仪表放大器(PGIA)对于确保数据采集系统的整体精度是必不可少的。

然而，PGIA通常提供单端输出，这意味着它不能直接驱动全差分逐次逼近寄存器(SAR) ADC。为此，需要额外的信号调理或驱动级，但这也可能引入额外误差。通过精心挑选组件，例如使用AD4020这样的高性能SAR ADC，可以有效降低整个信号链的复杂性，同时提升性能。AD4020支持高达1.8 MSPS的采样率，适用于高频信号的精确检测，并且提供了抽取功能以扩大动态范围，使得低压信号的精密检测成为可能。

此外，SPI接口的兼容性也是不可忽视的一环。它能适应不同的逻辑电平（1.8 V、2.5 V、3 V和5 V），并通过多种方式进行编程，同时提供读写功能。这大大增强了系统的灵活性和适应性。

图1展示了一个简化版的数据采集电路示例，包括基准电压源、带集成电源的基准电压缓冲器、PGIA和AD4020 SAR ADC。此电路设计旨在优化线性度、偏置和增益漂移，以及噪声功率，从而支持最高的转换率和整个增益范围。该电路支持双极和单极单端或全差分输入信号，增益范围从1到10不等，可以轻松应对各种应用场景的需求。

高精度数据采集系统设计与实现