CM1110 ΔΣ ADC, 4 canales, 2kSPS, bajo consumo, 16 bits

Principio de funcionamiento

El CM1110 es un convertidor ADC ΔΣ de 16 bits, compacto y de bajo consumo, que integra múltiples funciones para reducir el costo del sistema y la cantidad de componentes en aplicaciones de medición de sensores con señales pequeñas.

Además del núcleo ADC ΔΣ y un filtro digital de asentamiento en un solo ciclo, el dispositivo integra un PGA programable de alta impedancia de entrada y bajo ruido, una referencia interna de voltaje y un oscilador de reloj. También incluye un sensor de temperatura de precisión de alta exactitud y dos fuentes de corriente programables (IDAC) emparejadas. Un interruptor de alimentación interno en la parte inferior simplifica el diseño de sensores de puente de bajo consumo. El dispositivo puede configurarse mediante cuatro registros y controlarse a través de seis comandos utilizando una interfaz compatible con el modo SPI 1. El diagrama de bloques funcionales del dispositivo se muestra a continuación.

El CM1110 mide la señal diferencial de entrada VIN (la diferencia de voltaje entre AINP y AINN). El núcleo del convertidor consiste en un modulador ΔΣ diferencial de capacitor conmutado y un filtro digital. El filtro digital procesa la corriente de bits de alta velocidad proveniente del modulador y produce un código digital proporcional al voltaje de entrada.

El CM1110 proporciona dos modos de conversión: modo de conversión individual y modo de conversión continua. En el modo individual, el dispositivo realiza una única conversión de la señal de entrada según se solicite, almacena el resultado en el buffer de datos interno y luego entra en un estado de bajo consumo. Para sistemas que requieren únicamente conversiones periódicas o permanecen inactivos durante largos intervalos entre conversiones, el modo individual puede reducir significativamente el consumo de energía. En el modo de conversión continua, una nueva conversión comienza inmediatamente después de que finalice la anterior. Los datos pueden leerse en cualquier momento sin riesgo de corrupción, y los datos leídos representan el resultado de la conversión más reciente.

Multiplexor de entrada

El CM1110 cuenta con un multiplexor de entrada altamente flexible, como se muestra en la figura siguiente. Puede medir cuatro señales unipolares, dos señales diferenciales, o una combinación de dos señales unipolares y una señal diferencial. El multiplexor se configura mediante el registro MUX[3:0].

Al medir señales diferenciales simples, la entrada analógica negativa (AINN) se conecta internamente a AVSS a través del multiplexor. La entrada del ADC puede seleccionarse como la tensión de alimentación analógica dividida por seis, (AVDD – AVSS)/6, o la tensión de referencia externa dividida por seis, (VREFPx – VREFNx)/6, lo que permite supervisar el estado de funcionamiento del sistema.

El multiplexor también puede dirigir las dos fuentes de corriente programables a cualquier entrada analógica (AINx) o a cualquier pin de referencia (REFP0, REFN0). Diodos de descarga electrostática (ESD) conectados a AVDD y AVSS protegen las entradas. Para evitar que los diodos ESD conduzcan, la tensión absoluta de todas las entradas debe permanecer dentro del rango especificado por la ecuación (1):

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

Si el voltaje en un pin de entrada puede exceder los límites anteriores, se deben utilizar diodos limitadores Schottky externos o resistencias en serie para limitar la corriente de entrada a un nivel seguro (véase la tabla de Características Máximas Absolutas). Forzar los pines de entrada no utilizados en el dispositivo puede afectar las conversiones en curso; en tales casos, se recomiendan diodos Schottky externos para limitar las señales.

Aplicación del ADC de alta precisión y bajo consumo (CM1110) en automatización industrial

1. Introducción

Los CM1103/CM1106 son convertidores analógico-digitales (ADC) altamente integrados, de alta precisión, bajo consumo y bajo costo introducidos por Simomo Microelectronics. Con una resolución de muestreo de hasta 7 µV, pueden satisfacer los requisitos de la mayoría de las aplicaciones de medición con sensores de temperatura. Su impedancia de entrada de varios megaohmios permite conectar directamente los ADC a la mayoría de los sensores resistivos sin degradar la precisión del sensor.

La serie CM110x proporciona interfaces I²C y SPI, lo que facilita a los clientes la conexión con diferentes procesadores. El CM1106 también integra un sensor de temperatura interno de alta precisión, que puede utilizarse directamente para la medición de la temperatura en placas PCB y para la compensación de la unión fría en aplicaciones con termopares.

2. Características del CM110x

• Funcionamiento con una sola fuente de alimentación de 2,5 V a 5,5 V

• Consumo de energía ultra bajo: 270 µA (modo de conversión continua)

• Corriente en modo de suspensión: 2 µA

• Tasa de datos de salida programable: de 6,25 SPS a 2 kSPS

• Referencia de voltaje interna de alta precisión con una deriva térmica de 10 ppm/°C

• Rango analógico de entrada programable: ±0,256 V a ±6,144 V

• Sensor interno de temperatura de alta precisión (CM1106)

• Comparador programable integrado (CM1103)

• Cuatro entradas simples / dos canales diferenciales de entrada

3. Resumen de la solución

Con el rápido desarrollo de la automatización industrial y el aumento de la inteligencia en las fábricas, los instrumentos de automatización industrial han estado evolucionando, en los últimos años, de instrumentos analógicos hacia instrumentos digitales. Con ayuda de microcontroladores y aplicación -circuitos integrados específicos, la automatización industrial productos están volviéndose gradualmente más inteligentes.

La temperatura es un parámetro crítico en la producción industrial, y los sensores de temperatura desempeñan un papel fundamental en todo el campo de la automatización industrial. Según diferentes tecnologías de detección, los sensores de temperatura están disponibles en muchas formas, como sensores de temperatura infrarrojos, detectores de temperatura por resistencia, termistores, termopares y sensores de temperatura RTD. Todas estas aplicaciones de medición de temperatura son especialmente adecuadas para acondicionamiento de señal y adquisición de datos mediante la serie CM110x.

Además de los sensores de temperatura, el CM110x—aprovechando sus ventajas inherentes—es especialmente adecuado para una amplia gama de aplicaciones de sensores industriales, tales como sensores resistivos de nivel, sensores resistivos de gas, análisis de calidad del agua y medidores de turbidez. Estos sensores suelen tener una impedancia de salida alta y una sensibilidad relativamente baja, requiriendo a menudo amplificadores operacionales de alta precisión para el acondicionamiento y amplificación de señal.

4. Ventajas del producto

El CM110x combina alta impedancia de entrada, alta precisión y bajo consumo de energía, ofreciendo ventajas significativas en diversas aplicaciones de sensores industriales. Ayuda a los clientes a aumentar el nivel de integración en los transmisores industriales, al mismo tiempo que reduce el costo total del sistema y el consumo de energía.