Der AD4130-4 ist eine hochpräzise Messlösung mit extrem niedrigem Stromverbrauch für batteriebetriebene Anwendungen mit geringer Bandbreite.
Das vollständig integrierte analoge Frontend (AFE) des AD4130-4 umfasst einen Multiplexer für bis zu 8 abgeglichene oder 4 differenzielle Eingänge, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA), einen 24-Bit-Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (Σ-Δ-A/DW), eine On-Chip-Referenz, einen Oszillator, auswählbare Filteroptionen, einen Smart-Sequenzer, Sensorvorspannungs- und Erregungsoptionen, Diagnosefunktionalität sowie neu hinzugefügte Funktionen zur Verlängerung der Batterielaufzeit (mehr als 5 Jahre mit einer Knopfzelle), d. h. einen First-In-First-Out (FIFO)-Puffer und Duty-Cycling.
Mit dem AD4130-4 können Benutzer Niederfrequenzsignale mit einer Stromaufnahme von 28,5 μA (Verstärkung = 1) und 32,5 μA (Verstärkung = 128) bei kontinuierlicher Konvertierung messen und sogar noch niedrigere durchschnittliche Ströme erzielen, wenn eine der Duty-Cycling-Optionen verwendet wird. Der AD4130-4 kann mit 4 differenziellen Eingängen oder 8 abgeglichenen oder pseudodifferenziellen Eingängen konfiguriert werden, die mit einem Koppelpunkt-Multiplexer verbunden werden können, wobei jedes Eingangspaar ein Messkanaleingang für den PGA und A/DW werden kann.
Der AD4130-4 ist so konzipiert, dass der Benutzer mit einer einzigen analogen Versorgungsspannung von 1,71 V bis 3,6 V arbeiten kann. Bei Batterieanwendungen kann ein Betrieb mit nur 1,71 V die Lebensdauer des Systems verlängern, da das AFE seinen Betrieb auch dann fortsetzen kann, wenn die Batteriespannung nachlässt. Die digitale Versorgung kann separat erfolgen und von 1,65 V bis 3,6 V reichen.
Der integrierte On-Chip-FIFO-Puffer kann in Verbindung mit der reduzierten Stromaufnahme und dem Smart-Sequenzer genutzt werden, um den AD4130-4 als autonomes Messsystem zu verwenden, was dem Mikrocontroller längere Ruhezeiten ermöglicht.
Die intelligente Interrupt-Funktionalität gibt dem Benutzer mehr Vertrauen in die Fehlererkennung und Sicherheit. Der Benutzer kann ein Interruptsignal aktivieren, das ausgelöst wird, wenn die Samples im FIFO einen vordefinierten Wert erreichen oder wenn ein vom Benutzer programmierbarer Schwellenwert überschritten wird.
Die folgenden wichtigen analogen Funktionen werden auf dem AD4130-4 angeboten, um eine einfache und effektive Verbindung mit Wandlern zur Messung von Temperatur, Last und Druck zu ermöglichen:
- PGA: Aufgrund der programmierbaren Verstärkung (von 1 bis 128) und der hohen Eingangsimpedanz bei niedrigem Eingangsstrom ermöglicht der PGA eine direkte Schnittstelle zu Wandlern mit niedrigen Ausgangsamplituden wie Widerstandsbrücken, Thermoelementen und Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs).
- Der kapazitive PGA ermöglicht den vollen Gleichtakt-Eingangsbereich, wodurch Designern ein größerer Spielraum für stark variierende Eingangsgleichtakte zur Verfügung steht. Ein größerer Gleichtakt-Eingangsbereich verbessert die Gesamtauflösung und ist bei ratiometrischen Messungen äußerst effektiv.
- Präzisionsstromquellen mit geringer Drift. Die Stromquellen IEXC0 und IEXC1 können zur Auslösung von 2-, 3- und 4-Leiter-RTDs verwendet werden. Zu den Optionen für den Erregerstromausgang gehören 100 nA, 10 μA, 20 μA, 50 μA, 100 μA, 150 μA und 200 μA.
- Der Low-Side-Leistungsschalter (PDSW) kann zur Abschaltung von Brückensensoren zwischen Umwandlungen verwendet werden. Der PDSW kann innerhalb des Sequenzers kanalweise gesteuert werden, was optimales Timing und Energieeinsparungen im Gesamtsystem ermöglicht. Der PDSW kann auch die Verwendung analoger Sensoren mit höherer Leistung in energieeffizienten Systemen ermöglichen.
- Spannungsvorspannung für Thermoelemente (die VBIAS-Quelle setzt die Gleichtaktspannung eines Kanals auf AVDD/2).
- Der intelligente Sequenzer ermöglicht die Konvertierung jedes aktivierten vorkonfigurierten Kanals in einer vorgegebenen Reihenfolge, wodurch eine Mischung aus Wandlern, Systemprüfungen und Diagnosemessungen verschachtelt werden kann. Der Sequenzer macht die wiederholte serielle Schnittstellenkommunikation mit dem Gerät überflüssig. Die 16 Kanäle können in Sequenz konfiguriert werden, wobei für jeden Kanal aus acht vordefinierten A/D-W-Einrichtungen ausgewählt werden kann, um Verstärkung, Filtertyp, Ausgangsdatenrate, Pufferung, Timing und Referenzquelle festzulegen.
Ein hohes Maß an integrierter Front-End-Funktionalität in Verbindung mit kleinen Paketoptionen ermöglicht kleinere Endlösungen. Beispielsweise integriert der AD4130-4 eine Bandlückenreferenz mit geringer thermischer Drift und akzeptiert zusätzlich eine externe Differenzialreferenz, die intern gepuffert werden kann.
In sicherheitskritischen Anwendungen umfasst der AD4130-4 Diagnosefunktionen wie die Erkennung offener Kabel durch Burnout-Ströme, einen internen Temperatursensor, eine Referenzerkennung sowie eine Über- und Unterspannungserkennung am analogen Eingang. Die digitale Schnittstelle enthält zusätzliche Diagnosefunktionen wie zyklische Redundanzprüfung (CRC) und serielle Schnittstellenprüfungen für eine robuste Kommunikationsverbindung.
Wesentliche Eigenschaften und Vorteile
- Extrem niedriger Stromverbrauch (typisch)
- 32 µA: kontinuierlicher Konvertierungsmodus (Verstärkung = 128)
- 5 µA: Duty-Cycling-Modus (Verhältnis = 1/16)
- 0,5 µA: Standby-Modus
- 01, µA: Abschaltmodus
- Integrierte Funktionen für Energieeinsparungen auf Systemebene
- Stromsparendes Duty-Cycle-Verhältnis: 1/4 oder 1/16
- Intelligenter Sequenzer und kanalweise Konfiguration minimieren die Auslastung des Host-Prozessors
- Tief eingebettetes FIFO minimiert die Auslastung des Host-Prozessors (Tiefe von 256 Abtastungen)
- Autonome FIFO-Interrupt-Funktionalität, Schwellenwerterkennung
- Einzelne Stromversorgung von nur 1,71 V verlängert die Batterielaufzeit
- RMS-Rauschen: 25 nV rms bei 1,17 SPS (Verstärkung = 128) − 48 nV/√Hz
- Bis zu 22 rauschfreie Bits (Verstärkung = 1)
- Ausgangsdatenrate: 1,17 SPS bis 2,4 kSPS
- Betrieb mit einzelner Stromversorgung mit 1,71 V bis 3,6 V oder geteilten Stromversorgungen mit ±1,8 V
- Bandlückenreferenz mit 15 ppm/°C maximaler Drift
- PGA mit Rail-to-Rail-Analogeingang
- Anpassbare Sensorschnittstellenfunktionalität
- Angepasste programmierbare Erregerströme für RTDs
- On-Chip-Vorspannungsgenerator für Thermoelemente
- Low-Side-Leistungsschalter für Brückenwandler
- Sensor-Drahtbrucherkennung
- Interner Temperatursensor und Oszillator
- Selbst- und Systemkalibrierung
- Flexible Filtermöglichkeiten
- Gleichzeitige 50 Hz/60 Hz-Unterdrückung (bei ausgewählten Filteroptionen)
- Allzweckausgänge
- Diagnosefunktionalität
- Crosspoint-Multiplex-Eingänge
- 4 differentielle/8 pseudo-differentielle Eingänge
- 5 MHz SPI (3-Draht oder 4-Draht)
- Verfügbar als WLCSP mit 35 Kugeln, 2,7 mm x 3,56 mm, und LFCSP mit 32 Anschlussstellen, 5 mm x 5 mm
- Temperaturbereich: −40 °C bis +105 °C (WLCSP), −40 °C bis +125 °C (LFCSP)
- AD4130-4 LFCSP-Pin kompatibel mit AD7124-4 LFCSP
Anwendungen
- Smart-Transmitter
- Kabellose Batterie- und Harvester-betriebene Sensorknoten
- Tragbare Instrumentierung
- Temperaturmessung: Thermoelement, RTD, Thermistoren
- Druckmessung: Brückenmessumformer
- Gesundheitswesen und Wearables
Blockdiagramme und Tabellen
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