一個數據采集系統的復雜程度可能不亞于與中心計算機連接的分布式傳感器網絡，也可能簡單到僅是一個在儀表上顯示測量數據的傳感器。對于每種系統，都須評估和權衡其成本/效益。單從成本角度考慮，可能會傾向于簡單的解決方案，但仍須考慮其它一些因素。

　　系統要求

　　對于基本系統，其要求是按照性能和成本的比較逐一確定的。系統必須是16位以上，能處理2.5V的差分輸入，而且在沒有單5VDC電源的情況下也能工作，成本必須控制在10美元以內。性能和成本的要求往往是矛盾的，但只要稍微發揮一點創造力就可滿足其要求，甚至做得更好：即在不增加最終材料成本的基礎上把決策功能集成進傳感器電路中。通過對測量值和預定范圍內的值進行比較，并標識出超出范圍的狀態，就可以增加這項復雜的功能。

　　這類數據采集（DA）系統的基本構建模塊是模擬轉換和處理功能。該系統的最簡單形式包括：一個ADC處理傳感器輸入轉換，一個微控制器處理數據。現今的ADC和微控制器性能比以前已有極大的改進。這些改進使得上述系統的集成得以實現，但也付出了代價，因為在提高性能的同時也增加了集成這兩種功能的復雜程度。只有開發出真正集成的單芯片系統方案，這一問題才能解決。本文所闡述的就是一個低成本、高性能的DA系統，它能充分利用每個器件的特性。

　　靈活的器件特性

　　系統的核心是一個ADC，即Burr-Brown的24位Δ-Σ轉換器ADS1212，以及Microchip Technology的微控制器PIC16C54C。

　　Δ-Σ ADC可提供很多傳感器應用所需的高分辨率和良好線性度。有效分辨率可以直接從轉換器的輸出數據測出，以位數的均方根值表示。如果噪聲為白電平，須從有效值中減去2.7位以便轉換成峰-峰值或無波動位值。

　　為達到最佳分辨率，器件應該以最高器件頻率和最低數據輸出率工作。器件頻率和加速模式速率（turbo mode rate）控制著調制器采樣頻率（加速模式可設定調制器頻率）。抽樣（decimation）率可控制數據輸出率。如果轉換器工作在2.5MHz，加速模式為16，數據輸出率為100Hz，則有效分辨率約為22有效位，轉換成無波動位值約為19.3位。如果器件頻率降到1MHz，加速模式為16，數據輸出率為100Hz，則分辨率下降到21有效位，無波動位值約為18.3位。事實上，在低頻率下工作會更好一些，這樣可以降低系統功耗和開關噪聲。

　　具有了這種靈活性，就可以確定能滿足系統要求的器件頻率。同時，為了提高或降低有效分辨率，還可以通過軟件在數據輸出率和加速模式速率間進行折衷。另外，ADS1212可進行內部自校準以消除元件引入的誤差，從而提高了有效分辨率。利用系統校準可修正系統偏移和增益誤差。

　　其它要求

　　對2.5V的差分輸入信號，要求4階增益，因此須用到板上可編程增益放大器（PGA）。應當注意加速模式速率和PGA的乘積不得超過16。在這種場合下，將PGA限定為4，加速模式速率也限定為4。ADS1212中的數字濾波器是一個sinc▲3▲低通濾波器，其-3dB截止頻率等于0.262×數據速率。因為輸入信號是DC信號，所以信號的頻率響應下降不是問題。可以在輸入端加一個反偏（anti-aliasing）低通濾波器以隔離ADC和緩沖器。

　　轉換器的輸入阻抗決定于PGA、加速模式數和器件頻率，并由下式給出：

　　AIN=［（1MHz/F▼XIN▼）*20▲6▲/（PGA*TMR）］ （1）

　　其中：TMR=加速模式速率

　　因此，輸入阻抗為1.2MΩ，這對大多數傳感器應用已經足夠。

　　器件內部參考可提供約20有效位，所以內部參考電壓可以滿足系統的要求。

　　進一步規范了模擬要求之后，現在來看看模擬部分和數字部分是怎樣結合在一起的。在這一方面微控制器的幾個重要特性起了重要作用。

　　器件運行時功耗很小，通常工作電流小于2mA。為進一步降低功耗，微控制器和ADC都帶有休眠模式（sleep mode）。在極低功耗的應用中，轉換器甚至可通過微控制器的I/O引腳供電。比如，微控制器可以停止給轉換器供電并進入休眠狀態。因此唯一的電流就是微控制器的待機（standby）電流，從而降低了功耗且延長了電池壽命。

　　微控制器所需的時

　　鐘可以從一個簡單的RC電路獲取。這個時鐘在CLKOUT引腳輸出，可以用來驅動轉換器的XIN。這樣不僅節省了兩個單獨的晶振，而且保證了微控制器與時鐘同步。但有一點需特別注意，如果用簡單的RC電路來做系統時鐘，那么其頻率將隨電壓和溫度的改變而變化。這不算什么問題，除非需要濾除工頻干擾，況且也可以用ADS1212的關鍵特性之一加以解決。

　　轉換器中的數字濾波器可根據Δ-Σ調制器的最近結果來計算輸出值。所用的調制器結果數取決于指令寄存器中抽樣率的設置。