CM1110 ΔΣ ADC, 4 canaux, 2 kSPS, faible consommation, 16 bits

Principe de fonctionnement

Le CM1110 est un convertisseur analogique-numérique ΔΣ compact, à faible consommation et sur 16 bits, qui intègre plusieurs fonctions afin de réduire le coût du système et le nombre de composants dans les applications de mesure de signaux provenant de capteurs de faible amplitude.

En plus du cœur du convertisseur ΔΣ et d'un filtre numérique à réponse en un seul cycle, le dispositif intègre un PGA programmable à faible bruit et à impédance d'entrée élevée, une référence de tension interne et un oscillateur d'horloge. Il inclut également un capteur de température précis haute précision et deux sources de courant programmables appariées (IDAC). Un commutateur d'alimentation interne côté bas simplifie la conception des capteurs en pont à faible consommation. Le dispositif peut être configuré via quatre registres et commandé à l'aide de six commandes par une interface compatible avec le mode SPI 1. Le schéma fonctionnel du dispositif est illustré ci-dessous.

Le CM1110 mesure le signal d'entrée différentiel VIN (la différence de tension entre AINP et AINN). Le cœur du convertisseur est composé d'un modulateur ΔΣ différentiel à condensateur commuté et d'un filtre numérique. Le filtre numérique traite le flux de bits haute vitesse provenant du modulateur et produit un code numérique proportionnel à la tension d'entrée.

Le CM1110 offre deux modes de conversion : le mode de conversion unique et le mode de conversion continue. En mode unique, le dispositif effectue une seule conversion du signal d'entrée sur demande, stocke le résultat dans la mémoire tampon interne, puis passe en mode à faible consommation. Pour les systèmes qui nécessitent uniquement des conversions périodiques ou qui restent inactifs pendant de longues périodes entre les conversions, le mode unique peut réduire considérablement la consommation d'énergie. En mode de conversion continue, une nouvelle conversion démarre immédiatement dès la fin de la précédente. Les données peuvent être lues à tout moment sans risque de corruption, et les données lues représentent le résultat de la conversion la plus récente.

Multiplexeur d'entrée

Le CM1110 intègre un multiplexeur d'entrée très souple, comme illustré dans la figure ci-dessous. Il permet de mesurer quatre signaux unipolaires, deux signaux différentiels, ou une combinaison de deux signaux unipolaires et d'un signal différentiel. Le multiplexeur est configuré via le registre MUX[3:0].

Lors de la mesure de signaux simples, l'entrée analogique négative (AINN) est reliée internement à AVSS par l'intermédiaire du multiplexeur. L'entrée du CAN peut être sélectionnée soit comme la tension d'alimentation analogique divisée par six, (AVDD – AVSS)/6, soit comme la tension de référence externe divisée par six, (VREFPx – VREFNx)/6, permettant ainsi la surveillance de l'état de fonctionnement du système.

Le multiplexeur peut également acheminer les deux sources de courant programmables vers n'importe quelle entrée analogique (AINx) ou vers n'importe quelle broche de référence (REFP0, REFN0). Des diodes de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) connectées à AVDD et AVSS protègent les entrées. Afin d'éviter la conduction des diodes ESD, la tension absolue de toutes les entrées doit rester dans la plage spécifiée par l'équation (1) :

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

Si la tension sur une broche d'entrée peut dépasser les limites indiquées ci-dessus, des diodes de clampage Schottky externes ou des résistances en série doivent être utilisées pour limiter le courant d'entrée à un niveau sûr (voir le tableau des caractéristiques maximales absolues). Forcer les broches d'entrée inutilisées du dispositif peut affecter les conversions en cours ; dans de tels cas, l'utilisation de diodes Schottky externes est recommandée pour clamping des signaux.

Application d'un CAN haute précision et basse consommation (CM1110) dans l'automatisation industrielle

1. Introduction

Les CM1103/CM1106 sont des CAN hautement intégrés, haute précision, basse consommation et à faible coût introduits par Simomo Microelectronics. Avec une résolution d'échantillonnage allant jusqu'à 7 µV, ils peuvent satisfaire les exigences de la plupart des applications de mesure de capteurs de température. Leur impédance d'entrée de plusieurs mégohms permet de connecter directement les CAN à la plupart des capteurs résistifs sans dégrader la précision du capteur.

La série CM110x offre des interfaces I²C et SPI, ce qui facilite pour les clients l'interfaçage avec différents processeurs. Le CM1106 intègre également un capteur de température interne haute précision, pouvant être utilisé directement pour la mesure de température sur carte (PCB) et la compensation de soudure froide dans les applications thermocouple.

2. Fonctionnalités de la série CM110x

• Fonctionnement monosource de 2,5 V à 5,5 V

• Consommation ultra-faible : 270 µA (mode de conversion continue)

• Courant en mode veille : 2 µA

• Taux de données de sortie programmable : 6,25 SPS à 2 kSPS

• Référence de tension intégrée haute précision avec une dérive thermique de 10 ppm/°C

• Plage d'entrée analogique programmable : ±0,256 V à ±6,144 V

• Capteur de température interne haute précision (CM1106)

• Comparateur programmable intégré (CM1103)

• Quatre entrées unipolaires / deux canaux d'entrée différentiels

3. Aperçu de la solution

Avec le développement rapide de l'automatisation industrielle et l'intelligence croissante des usines, les instruments d'automatisation industrielle ont évolué ces dernières années depuis les instruments analogiques vers les instruments numériques. Grâce aux microcontrôleurs et application circuits intégrés spécifiques, les dispositifs d'automatisation industrielle produits deviennent progressivement plus intelligents.

La température est un paramètre critique dans la production industrielle, et les capteurs de température jouent un rôle essentiel dans tout le domaine de l'automatisation industrielle. Selon différentes technologies de détection, les capteurs de température existent sous de nombreuses formes, telles que les capteurs de température infrarouges, les détecteurs de température à résistance, les thermistances, les thermocouples et les capteurs de température RTD. Toutes ces applications de mesure de température conviennent particulièrement bien au conditionnement de signal et à l'acquisition de données à l'aide de la série CM110x.

Outre les capteurs de température, le CM110x — grâce à ses avantages intrinsèques — est particulièrement adapté à un large éventail d'applications de capteurs industriels, tels que les capteurs de niveau résistifs, les capteurs de gaz résistifs, l'analyse de la qualité de l'eau et les turbidimètres. Ces capteurs présentent généralement une impédance de sortie élevée et une sensibilité relativement faible, nécessitant souvent des amplificateurs opérationnels haute précision pour le conditionnement et l'amplification du signal.

4. Avantages du produit

Le CM110x allie une haute impédance d'entrée, une grande précision et une faible consommation d'énergie, offrant ainsi des avantages significatifs dans diverses applications industrielles de détection. Il aide les clients à augmenter le niveau d'intégration des émetteurs industriels tout en réduisant le coût global du système et sa consommation d'énergie.