材料试验机的8路同步采集：芯动神州ADCS8182与76µV量化台阶

　　金属材料的力学性能，由标准试样的拉伸试验判定。试样两端由夹具夹持，沿轴向加载至断裂，试验机全程记录载荷与变形。这台设备即材料试验机，业内亦称万能试验机，更换夹具后可完成压缩、弯曲与剪切试验。受力初期试样处于弹性阶段，卸载后变形完全恢复。载荷越过临界点后，试样产生不可恢复的残余变形，曲线短暂下降后趋于平稳，该点即屈服点。屈服点在一次试验中仅出现一次。位移、引伸计与应变片的读数若未与载荷在同一时刻定格，事后无法通过对齐数据还原。屈服点之后载荷曲线趋于平缓，载荷增量很小而变形持续发展，对微小变化的分辨能力成为主要约束。满量程±10V对应100kN时，需要分辨的变化量可能不足100N，即满量程的千分之一以下。一台试验机需要同时监测量载荷、标距段变形、横梁位移、局部应变与补偿温度。应变片通常布置4至6片，合计7至8路，一颗8通道器件即可全部覆盖。

　　材料试验机上的五路测量通道：载荷、变形、应变、温度与横梁位移，分别由不同位置的传感器取点。通道数量、采样时刻一致与小信号分辨能力，三项要求共同指向同一类器件。芯动神州的ADCS8182即为此设计：18位、8通道同步采样数据采集系统(DAS)。

　　8路共用一个采样时刻

　　ADCS8182的8个模拟输入共用一个采样时刻。CONVST上升沿到来时，8路跟踪保持放大器同时进入保持状态，各通道的转换随后依次完成。每通道吞吐速率为200kSPS。试验机通常按每秒数百至数千点采集，速率余量充足，而8路之间的时刻偏差为零。

　　量化台阶折算到载荷

　　ADCS8182将满量程划分为262,144个量化台阶。手册传递函数图直接标注了每个台阶的大小：±10V档为76.29µV，±5V档为38.15µV。折算到试验台读数更为直观：满量程输出±10V对应100kN量程的载荷传感器时，一个最低有效位(LSB)约合0.38N。此处需区分分辨率与精度：18位描述分辨能力，并非不经校准即可达到的精度。手册的总非调整误差(TUE)为±15LSB(±10V)与±40LSB(±5V)。无过采样、±10V档的信噪比典型值为89dB，按(89−1.76)/6.02折算，单次采样的有效位数约14.5位。要兑现18位的分辨能力，还需依靠后级数字滤波与系统标定。微弱信号能否被可靠分辨，取决于相邻通道的串扰水平。ADCS8182的通道间隔离为−105dB，测试条件为未选中通道的输入频率高至160kHz。

　　过采样的收益与代价

　　片内集成数字滤波器，过采样倍率由OS[2:0]三个引脚设定，在BUSY下降沿锁存。倍率提高后信噪比上升，带宽与吞吐量同步下降。手册表8的对应关系(±10V档)：

　　需要关注增益的边际递减：过采样倍率由16倍提高到64倍，信噪比仅增加1.1dB，吞吐量降至四分之一。蠕变与松弛试验的时标以分钟乃至小时计，3.125kSPS的吞吐量仍属充足。8倍至16倍是常用的折中档位。

　　传感器输出可直接接入

　　试验机前端通常需要一级驱动放大器，将传感器输出调整至ADC输入范围并配备负电源。ADCS8182可将这一级省去。模拟输入阻抗为1MΩ且保持固定，不随采样频率变化，传感器或调理电路的输出可直接接入。输入量程由RANGE引脚选择：接高电平为±10V，接低电平为±5V。电平切换后需要约80µs建立时间，手册建议按信号范围硬连线设定。输入端内置±16.5V钳位，超出量程的过压被限制在芯片外部，串联电阻将电流限制在±10mA。有一处需注意：Vx上串联限流电阻时，VxGND需配置等值电阻，否则该通道会引入失调误差。片内还集成二阶抗混叠滤波器，200kSPS时提供40dB抗混叠抑制。基准同样集成于片内：2.5V带隙基准经缓冲升至4.0V供SAR使用。多片系统可令一片工作于内部基准模式，直接驱动其余几片的外部基准引脚，省去外置基准的漂移匹配。

　　串行接口与读出时序

　　ADCS8182提供串行接口，兼容SPI、QSPI、MICROWIRE与DSP。采用两条DOUT线时，一帧72个SCLK即可读回全部8个通道，每条线负责4个通道的18位数据;仅用一条DOUT则需要144个SCLK。VDRIVE高于4.75V时，数据可在转换过程中读出，过采样开启后仍可维持满吞吐率。通道按V1至V8顺序输出，FRSTDATA指示第一个结果已就绪。

　　同平台的16位型号

　　芯动神州的8通道同步采样DAS提供16位与18位两个档位。ADCS8162为16位档，接口更灵活，可采用并行总线直读。多轴设备的位置与电流反馈、电力线路的工频量测，被测量本身即占满量程的千分之几，16位已可覆盖。材料试验机这类需要分辨缓慢小变化的场合，属于ADCS8182的适用范围。

　　供货与支持

　　ADCS8182已在芯动神州国内量产，提供两个温度档：ADCS8182LFP覆盖−40℃至+85℃，ADCS8182MLFP覆盖−40℃至+125℃，封装为LQFP-64，本体尺寸12mm×12mm。前端省去驱动放大器与负电源后，板卡器件数量与供电设计随之简化。最小可分辨变化量、满量程与采样节拍确定后，即可核算所需位数与过采样档位。