CM1110 ΔΣ ADC, 4 canali, 2kSPS, a basso consumo, 16 bit

Principio di funzionamento

Il CM1110 è un convertitore ADC ΔΣ compatto, a basso consumo e a 16 bit che integra diverse funzioni per ridurre il costo del sistema e il numero di componenti nelle applicazioni di misurazione di sensori con segnali deboli.

Oltre al nucleo ADC ΔΣ e a un filtro digitale con tempo di assestamento di un singolo ciclo, il dispositivo integra un PGA programmabile a basso rumore e ad alta impedenza d'ingresso, un riferimento di tensione interno e un oscillatore al quarzo. Include inoltre un sensore di temperatura preciso ad alta accuratezza e due sorgenti di corrente programmabili abilitate (IDAC). Un interruttore di alimentazione interno sul lato basso semplifica la progettazione di sensori a ponte a basso consumo. Il dispositivo può essere configurato tramite quattro registri e controllato mediante sei comandi utilizzando un'interfaccia compatibile con SPI in modalità 1. Il diagramma a blocchi funzionale del dispositivo è mostrato di seguito.

Il CM1110 misura il segnale differenziale di ingresso VIN (la differenza di tensione tra AINP e AINN). Il nucleo del convertitore è composto da un modulatore ΔΣ a condensatore commutato differenziale e da un filtro digitale. Il filtro digitale elabora il flusso di bit ad alta velocità in uscita dal modulatore e produce un codice digitale proporzionale alla tensione di ingresso.

Il CM1110 offre due modalità di conversione: modalità di conversione singola e modalità di conversione continua. In modalità singola, il dispositivo esegue una conversione del segnale in ingresso su richiesta, memorizza il risultato nel buffer dati interno ed entra quindi in uno stato a basso consumo. Per sistemi che richiedono conversioni solo periodicamente o che rimangono inattivi per lunghi intervalli tra una conversione e l'altra, la modalità singola può ridurre significativamente il consumo energetico. In modalità di conversione continua, una nuova conversione inizia immediatamente al termine della precedente. I dati possono essere letti in qualsiasi momento senza rischio di corruzione, e i dati letti rappresentano il risultato dell'ultima conversione completata.

Multiplexer di ingresso

Il CM1110 è dotato di un multiplexer di ingresso estremamente flessibile, come mostrato nella figura seguente. Può misurare quattro segnali single-ended, due segnali differenziali o una combinazione di due segnali single-ended e un segnale differenziale. Il multiplexer viene configurato tramite il registro MUX[3:0].

Quando si misurano segnali single-ended, l'ingresso analogico negativo (AINN) viene collegato internamente ad AVSS attraverso il multiplexer. L'ingresso del convertitore ADC può essere selezionato come la tensione di alimentazione analogica divisa per sei, (AVDD – AVSS)/6, oppure come la tensione di riferimento esterna divisa per sei, (VREFPx – VREFNx)/6, consentendo il monitoraggio dello stato operativo del sistema.

Il multiplexer può inoltre instradare le due sorgenti di corrente programmabili verso qualsiasi ingresso analogico (AINx) o verso qualsiasi piedino di riferimento (REFP0, REFN0). Diodi a protezione contro le scariche elettrostatiche (ESD), collegati ad AVDD e AVSS, proteggono gli ingressi. Per evitare che i diodi ESD entrino in conduzione, la tensione assoluta di tutti gli ingressi deve rimanere entro il range specificato dall'Equazione (1):

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

Se la tensione su un pin di ingresso potrebbe superare i limiti indicati sopra, è necessario utilizzare diodi di clamp Schottky esterni o resistori in serie per limitare la corrente di ingresso a un livello sicuro (vedere la tabella delle Caratteristiche Massime Assolute). Forzare i pin di ingresso non utilizzati sul dispositivo potrebbe influire sulle conversioni in corso; in tali casi, si raccomandano diodi Schottky esterni per il clamping dei segnali.

Applicazione del convertitore ADC ad alta precisione e basso consumo (CM1110) nell'automazione industriale

1. Introduzione

I dispositivi CM1103/CM1106 sono convertitori ADC altamente integrati, ad alta precisione, basso consumo e costo ridotto introdotti da Simomo Microelectronics. Con una risoluzione di campionamento fino a 7 µV, sono in grado di soddisfare i requisiti della maggior parte delle applicazioni di misurazione con sensori di temperatura. L'elevata impedenza di ingresso dell'ordine di alcuni megaohm consente di collegare direttamente gli ADC alla maggior parte dei sensori resistivi senza degradare la precisione del sensore.

La serie CM110x offre interfacce I²C e SPI, facilitando ai clienti l'interfacciamento con diversi processori. Il CM1106 integra inoltre un sensore di temperatura interno ad alta precisione, utilizzabile direttamente per la misurazione della temperatura su PCB e per la compensazione del giunto freddo nelle applicazioni con termocoppie.

2. Caratteristiche della serie CM110x

• Alimentazione singola da 2,5 V a 5,5 V

• Consumo energetico estremamente ridotto: 270 µA (modalità di conversione continua)

• Corrente in modalità sleep: 2 µA

• Frequenza di campionamento programmabile: da 6,25 SPS a 2 kSPS

• Riferimento di tensione interno ad alta precisione con deriva termica di 10 ppm/°C

• Intervallo programmabile dell'ingresso analogico: ±0,256 V fino a ±6,144 V

• Sensore interno di temperatura ad alta precisione (CM1106)

• Comparatore programmabile integrato (CM1103)

• Quattro ingressi single-ended / due canali differenziali

3. Panoramica della soluzione

Con il rapido sviluppo dell'automazione industriale e il crescente livello di intelligenza delle fabbriche, gli strumenti per l'automazione industriale negli ultimi anni si stanno evolvendo da strumenti analogici a strumenti digitali. Con l'aiuto di microcontrollori e applicazione -circuiti integrati specifici, l'automazione industriale prodotti stanno diventando gradualmente più intelligenti.

La temperatura è un parametro fondamentale nella produzione industriale e i sensori di temperatura svolgono un ruolo essenziale in tutto il settore dell'automazione industriale. Sulla base di diverse tecnologie di rilevamento, i sensori di temperatura sono disponibili in molte forme, come sensori di temperatura a infrarossi, rilevatori di temperatura a resistenza, termistori, termocoppie e sensori di temperatura RTD. Tutte queste applicazioni di misurazione della temperatura si prestano particolarmente bene al condizionamento del segnale e all'acquisizione dati mediante la serie CM110x.

Oltre ai sensori di temperatura, il CM110x—sfruttando i suoi vantaggi intrinseci—è particolarmente adatto a una vasta gamma di applicazioni di sensing industriale, come sensori di livello resistivi, sensori di gas resistivi, analisi della qualità dell'acqua e torbidimetri. Questi sensori presentano tipicamente un'elevata impedenza di uscita e una sensibilità relativamente bassa, richiedendo spesso amplificatori operazionali ad alta precisione per il condizionamento e l'amplificazione del segnale.

4. Vantaggi del prodotto

Il CM110x combina un'elevata impedenza di ingresso, alta precisione e basso consumo energetico, offrendo significativi vantaggi in varie applicazioni industriali di rilevamento. Aiuta i clienti ad aumentare il livello di integrazione nei trasmettitori industriali riducendo al contempo il costo complessivo del sistema e il consumo energetico.