CM1110 ΔΣ-ADC, 4-Kanal, 2 kSPS, energiesparend, 16-Bit

Betriebsprinzip

Der CM1110 ist ein kompakter, stromsparender, 16-Bit-ΔΣ-ADC, der mehrere Funktionen integriert, um die Systemkosten und die Anzahl der Bauteile bei Messanwendungen mit Kleinsignal-Sensoren zu reduzieren.

Neben dem ΔΣ-ADC-Kern und einem digitalen Filter mit Einzelzyklus-Stabilisierung integriert das Gerät einen niederrauschenden, hochimpedanten programmierbaren PGA, eine interne Spannungsreferenz und einen Taktoszillator. Außerdem verfügt es über einen hochgenauen, präzisen Temperatursensor sowie zwei abgeglichene, programmierbare Stromquellen (IDACs). Ein interner Low-Side-Leistungsschalter vereinfacht die Konstruktion von stromsparenden Brückensensoren. Das Gerät kann über vier Register konfiguriert und mittels sechs Befehle über eine SPI-Mode-1-kompatible Schnittstelle gesteuert werden. Das funktionelle Blockschaltbild des Geräts ist unten dargestellt.

Der CM1110 misst das differentielle Eingangssignal VIN (die Spannungsdifferenz zwischen AINP und AINN). Der Wandlerkern besteht aus einem differentiellen Schaltkapazitäts-ΔΣ-Modulator und einem digitalen Filter. Der digitale Filter verarbeitet den Hochgeschwindigkeits-Bitstrom, der von dem Modulator ausgegeben wird, und erzeugt einen digitalen Code, der proportional zur Eingangsspannung ist.

Der CM1110 bietet zwei Konvertierungsmodi: Einzelmessmodus (single-shot conversion mode) und kontinuierlichen Messmodus (continuous conversion mode). Im Einzelmessmodus führt das Gerät auf Anfrage eine einzige Konvertierung des Eingangssignals durch, speichert das Ergebnis im internen Datenpuffer und wechselt anschließend in einen energiesparenden Zustand. Für Systeme, die nur periodische Messungen benötigen oder zwischen den Messungen lange im Leerlauf verbleiben, kann der Einzelmessmodus den Stromverbrauch erheblich reduzieren. Im kontinuierlichen Messmodus beginnt eine neue Konvertierung unmittelbar nach Abschluss der vorherigen. Die Daten können jederzeit gelesen werden, ohne dass eine Datenbeschädigung zu befürchten ist, und stellen jeweils das Ergebnis der zuletzt abgeschlossenen Konvertierung dar.

Eingangsmultiplexer

Der CM1110 verfügt über einen äußerst flexiblen Eingangsmultiplexer, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt. Er kann vier Einzelsignale, zwei Differenzsignale oder eine Kombination aus zwei Einzelsignalen und einem Differenzsignal messen. Der Multiplexer wird über das Register MUX[3:0] konfiguriert.

Bei der Messung von differentiellen Signalen ist der negative analoge Eingang (AINN) über den Multiplexer intern mit AVSS verbunden. Die ADC-Eingangswahl kann entweder auf die analoge Versorgungsspannung geteilt durch sechs, (AVDD – AVSS)/6, oder auf die externe Referenzspannung geteilt durch sechs, (VREFPx – VREFNx)/6, eingestellt werden, wodurch eine Überwachung des Betriebszustands des Systems ermöglicht wird.

Der Multiplexer kann außerdem die beiden programmierbaren Stromquellen zu jedem analogen Eingang (AINx) oder zu jedem Referenzpin (REFP0, REFN0) weiterleiten. Durch elektrostatische Entladung (ESD) verursachte Schutzdioden, die an AVDD und AVSS angeschlossen sind, schützen die Eingänge. Um das Leiten der ESD-Dioden zu verhindern, muss die absolute Spannung aller Eingänge innerhalb des durch Gleichung (1) festgelegten Bereichs bleiben:

AVSS − 0,3 V < VAINx < AVDD + 0,3 V (1)

Wenn die Spannung an einem Eingangspin die oben genannten Grenzwerte überschreiten kann, sollten externe Schottky-Sperrdioden oder Vorwiderstände verwendet werden, um den Eingangsstrom auf ein sicheres Niveau zu begrenzen (siehe Tabelle der absoluten Maximalwerte). Das Übersteuern unbenutzter Eingangspins des Bauelements kann laufende Umwandlungen beeinträchtigen; in solchen Fällen werden externe Schottky-Dioden empfohlen, um die Signale zu klemmen.

Anwendung eines hochpräzisen, energiesparenden ADC (CM1110) in der industriellen Automatisierung

1. Einleitung

Die CM1103/CM1106 sind hochintegrierte, hochpräzise, energiearme und kostengünstige ADCs von Simomo Microelectronics. Mit einer Abtaulösung von bis zu 7 µV erfüllen sie die Anforderungen der meisten Temperatursensormessanwendungen. Ihre Eingangsimpedanz im Bereich mehrerer Megaohm ermöglicht es, die ADCs direkt mit den meisten Widerstandssensoren zu verbinden, ohne die Genauigkeit des Sensors zu beeinträchtigen.

Die CM110x-Serie bietet sowohl I²C- als auch SPI-Schnittstellen, wodurch die Anbindung an verschiedene Prozessoren für Kunden einfach ist. Der CM1106 integriert zudem einen hochpräzisen internen Temperatursensor, der direkt zur Messung der Leiterplattentemperatur und zur Kaltstellenkompensation in Thermoelement-Anwendungen verwendet werden kann.

2. Merkmale des CM110x

• Einzelversorgungsspannungsbetrieb von 2,5 V bis 5,5 V

• Ultraniedriger Stromverbrauch: 270 µA (kontinuierlicher Konvertierungsmodus)

• Stromverbrauch im Sleep-Modus: 2 µA

• Programmierbare Ausgabedatenrate: 6,25 SPS bis 2 kSPS

• Integrierter hochpräziser Spannungsreferenz mit 10 ppm/°C Temperaturkoeffizient

• Programmierbarer analoger Eingangsbereich: ±0,256 V bis ±6,144 V

• Hochpräziser interner Temperatursensor (CM1106)

• Integrierter programmierbarer Komparator (CM1103)

• Vier single-ended Eingänge / zwei differentielle Eingangskanäle

3. Lösungsübersicht

Mit der rasanten Entwicklung der industriellen Automatisierung und der zunehmenden Intelligenz von Fabriken haben sich industrielle Automatisierungsinstrumente in den letzten Jahren von analogen hin zu digitalen Instrumenten weiterentwickelt. Mithilfe von Mikrocontrollern und anwendung -spezifischen integrierten Schaltungen entwickeln sich industrielle Automatisierung produkte werden schrittweise intelligenter.

Die Temperatur ist ein kritischer Parameter in der industriellen Produktion, und Temperatursensoren spielen im gesamten Bereich der industriellen Automatisierung eine entscheidende Rolle. Basierend auf unterschiedlichen Sensortechnologien sind Temperatursensoren in vielen Ausführungen erhältlich, wie beispielsweise Infrarot-Temperatursensoren, Widerstandstemperaturfühler, Thermistoren, Thermoelemente und RTD-Temperatursensoren. Alle diese Anwendungen zur Temperaturmessung eignen sich besonders gut für die Signalverarbeitung und Datenerfassung mit der CM110x-Serie.

Neben Temperatursensoren eignet sich die CM110x—aufgrund ihrer inhärenten Vorteile—besonders für eine breite Palette industrieller Sensoranwendungen, wie beispielsweise resistive Füllstandssensoren, resistive Gassensoren, Wasserqualitätsanalyse und Trübungsmesser. Diese Sensoren weisen typischerweise eine hohe Ausgangsimpedanz und eine relativ geringe Empfindlichkeit auf und erfordern oft hochpräzise Operationsverstärker für die Signalverarbeitung und Verstärkung.

4. Produktvorteile

Der CM110x kombiniert hohe Eingangsimpedanz, hohe Präzision und geringen Stromverbrauch und bietet somit erhebliche Vorteile in verschiedenen industriellen Sensoranwendungen. Er hilft Kunden, den Integrationsgrad bei industriellen Sendern zu erhöhen, während die Gesamtsystemkosten und der Stromverbrauch gesenkt werden.