CM1110 ΔΣ ADC、4チャネル、2kSPS、低消費電力、16ビット

操作原理

CM1110は、小信号センサー測定アプリケーションにおけるシステムコストと部品数を削減するために、複数の機能を統合したコンパクトで低消費電力の16ビットΔΣADCです。

ΔΣADCコアおよびシングルサイクル応答デジタルフィルタに加えて、このデバイスには低ノイズで高入力インピーダンスのプログラマブルPGA、内部電圧リファレンス、クロック発振器が統合されています。また、高精度な温度センサーと2つのマッチングされたプログラマブル電流源（IDAC）も内蔵しています。内部のローサイド電源スイッチにより、低消費電力ブリッジセンサーの設計が簡素化されます。このデバイスは4つのレジスタで設定可能で、SPIモード1互換インターフェースを使用して6つのコマンドで制御できます。デバイスの機能ブロック図を以下に示します。

CM1110は、差動入力信号VIN（AINPとAINN間の電圧差）を測定します。コンバータコアは、差動スイッチトキャパシタΔΣ変調器およびデジタルフィルタで構成されています。デジタルフィルタは、変調器から出力される高速ビットストリームを処理し、入力電圧に比例するデジタルコードを生成します。

CM1110は2つの変換モードを提供します：ワンショット変換モードと連続変換モードです。ワンショットモードでは、デバイスが要求に応じて入力信号の変換を1回実行し、結果を内部データバッファに保存した後、低消費電力状態に入ります。周期的にのみ変換が必要なシステムや、変換間で長時間アイドル状態になるシステムでは、ワンショットモードにより消費電力を大幅に削減できます。連続変換モードでは、前の変換が完了するとすぐに次の変換が始まります。データはいつでも読み取ることができ、データ破損の心配なく、読み取ったデータは最新の変換結果を表します。

入力マルチプレクサ

CM1110は、以下の図に示すように、非常に柔軟性の高い入力マルチプレクサを備えています。これにより、4つのシングルエンド信号、2つの差動信号、または2つのシングルエンド信号と1つの差動信号の組み合わせを測定できます。マルチプレクサはMUX[3:0]レジスタを通じて設定されます。

シングルエンド信号を測定する際、負のアナログ入力（AINN）は内部でマルチプレクサを介してAVSSに接続されます。ADC入力は、アナログ電源電圧を6で割った値（AVDD – AVSS）/6、または外部リファレンス電圧を6で割った値（VREFPx – VREFNx）/6のいずれかを選択でき、システムの動作状態を監視することが可能になります。

マルチプレクサは、2つのプログラマブル電流源を任意のアナログ入力（AINx）または任意のリファレンスピン（REFP0、REFN0）に切り替えることもできます。AVDDおよびAVSSに接続された静電気放電（ESD）ダイオードが入力を保護します。ESDダイオードの導通を防ぐため、すべての入力端子における絶対電圧は、式（1）で規定される範囲内に保たなければなりません。

AVSS − 0.3 V < VAINx < AVDD + 0.3 V （1）

入力ピンの電圧が上記の限界を超える可能性がある場合は、外部のショットキーダイオードまたは直列抵抗を使用して、入力電流を安全なレベルに制限する必要があります（絶対最大定格表を参照）。使用しない入力ピンを過駆動すると、進行中の変換に影響を与える可能性があります。このような場合には、信号をクランプするために外部ショットキーダイオードの使用が推奨されます。

産業オートメーションにおける高精度・低消費電力ADC（CM1110）の応用

1. はじめに

CM1103／CM1106は、Simomo Microelectronics社が開発した高度に統合された、高精度・低消費電力・低コストのADCです。最大7 µVのサンプリング分解能を備えており、ほとんどの温度センサー測定アプリケーションの要件を満たすことができます。数メガオームの入力インピーダンスにより、センサーの精度を損なうことなく、ほとんどの抵抗型センサーに直接接続することが可能です。

CM110xシリーズはI²CおよびSPIインターフェースを両方提供しており、さまざまなプロセッサとの接続がお客様にとって容易になります。CM1106には高精度の内蔵温度センサーも統合されており、基板の温度測定や熱電対アプリケーションにおける冷接点補償に直接使用できます。

2. CM110xの特徴

• 単一電源動作（2.5 V～5.5 V）

• 超低消費電力：270 µA（連続変換モード）

• スリープモード電流：2 µA

• プログラマブル出力データレート：6.25 SPS～2 kSPS

• 10 ppm/°Cの温度ドリフトを備えた高精度内蔵電圧リファレンス

• プログラマブルなアナログ入力範囲：±0.256 V～±6.144 V

• 高精度内蔵温度センサー（CM1106）

• 内蔵プログラマブルコンパレータ（CM1103）

• 4つのシングルエンド入力／2つの差動入力チャネル

3. ソリューションの概要

産業オートメーションの急速な発展と工場の知能化の進展に伴い、近年、産業用自動化計器は従来のアナログ計器からデジタル計器へと進化してきています。マイクロコントローラの支援を受けて 応用 専用集積回路の採用により、産業用オートメーション 製品 徐々により知能的になってきています。

温度は工業生産における重要なパラメータであり、温度センサーは工業オートメーション全般において極めて重要な役割を果たしています。検出技術の違いに基づき、赤外線温度センサー、抵抗温度検出器、サーミスタ、熱電対、RTD温度センサーなど、さまざまな形式の温度センサーが存在します。これらの温度測定アプリケーションはすべて、CM110xシリーズを用いた信号整形およびデータ収集に特に適しています。

温度センサーに加えて、CM110xはその本質的な利点を活かし、抵抗式液面センサーや抵抗式ガスセンサー、水質分析、濁度計など、幅広い工業用センシング用途にも最適です。こうしたセンサーは一般的に出力インピーダンスが高く感度が比較的低いことから、高精度のオペアンプを用いた信号整形および増幅を必要とする場合が多いです。

4. 製品の特徴

CM110xは高入力インピーダンス、高精度、低消費電力を兼ね備えており、さまざまな産業用センシングアプリケーションで大きな利点を提供します。産業用トランスミッタにおける統合レベルの向上に貢献するとともに、システム全体のコストと消費電力を削減できます。