AD4130-4: 32 μA, ultraniedriger Stromverbrauch, 24-Bit Sigma-Delta-ADC mit integriertem PGA und FIFO.

Ultra-Niedrigenergie30 Juli 2025

Eine Person interagiert mit einer Smartwatch, die Gesundheitsdaten anzeigt, gekoppelt mit einem Smartphone, das detaillierte Grafiken zeigt.

Der AD4130-4 ist eine ultraniedrig leistungsfähige, hochpräzise Messlösung für Anwendungen mit niedriger Bandbreite und batteriebetriebenem Betrieb.

Das vollständig integrierte Analog-Front-End (AFE) des AD4130-4 umfasst einen Multiplexer für bis zu 8 Einzeleingänge oder 4 differentielle Eingänge, einen programmierbaren Verstärker (PGA), einen 24-Bit Sigma-Delta (Σ-Δ) Analog-Digital-Wandler (ADC), eine interne Referenz und einen Oszillator, auswählbare Filteroptionen, einen intelligenten Sequencer, Sensorerregungs- und Spannungseinstellungsoptionen, Diagnosen sowie neu hinzugefügte Funktionen zur Verbesserung der Lebensdauer bei batteriebetriebenen Anwendungen (mehr als 5 Jahre mit einer Knopfzelle), nämlich ein First-in-First-out-(FIFO)-Pufferspeicher und Duty-Cycling. Der AD4130-4 ermöglicht es den Nutzern, niederfrequente Signale mit einem Stromverbrauch von 28,5 μA (Verstärkung = 1) und 32,5 μA (Verstärkung = 128) bei kontinuierlicher Konvertierung zu messen. Bei Nutzung einer der Duty-Cycling-Optionen ist der durchschnittliche Stromverbrauch sogar noch geringer. Der AD4130-4 kann so konfiguriert werden, dass er entweder 4 differentielle Eingänge oder 8 Einzeleingänge beziehungsweise pseudo-differenzielle Eingänge besitzt. Diese sind mit einem Crosspoint-Multiplexer verbunden, über den jedes Eingangspaar als Messkanaleingang zum PGA und ADC dienen kann. Der AD4130-4 wurde so entwickelt, dass er von einer einzelnen analogen Versorgungsspannung zwischen 1,71 V und 3,6 V betrieben werden kann. In Batterieanwendungen ermöglicht eine Betriebsweise bis hinunter zu 1,71 V eine Verlängerung der Systemlebensdauer, da das AFE weiter funktioniert, selbst wenn die Batteriespannung nachlässt. Die digitale Versorgungsspannung kann separat und im Bereich von 1,65 V bis 3,6 V liegen. Zusammen mit dem reduzierten Stromverbrauch ermöglicht die Integration eines integrierten FIFO-Pufferspeichers in Kombination mit dem intelligenten Sequencer, dass der AD4130-4 zu einem autonomen Messsystem wird, wodurch der Mikrocontroller für längere Zeit in den Ruhezustand versetzt werden kann. Die intelligente Unterbrechungsfunktionalität bietet dem Nutzer ein höheres Vertrauen sowohl bei der Fehlererkennung als auch hinsichtlich der Sicherheit. Der Nutzer kann ein Unterbrechungssignal aktivieren, das ausgelöst wird, wenn die Proben im FIFO einen vordefinierten Wert erreichen oder ein vom Nutzer einstellbarer Schwellenwert überschritten wird. Die folgenden wichtigen Analogfunktionen sind im AD4130-4 enthalten, um eine einfache und effektive Verbindung zu Transducern zu ermöglichen, die zur Messung von Temperatur, Last und Druck verwendet werden:

PGA: Aufgrund der programmierbaren Verstärkung (von 1 bis 128) und des hohen Eingangswiderstands bei geringem Eingangsstrom ermöglicht der PGA eine direkte Anbindung an Wandler mit niedrigen Ausgangsamplituden, wie z. B. Widerstandsbrücken, Thermoelemente und Widerstands-Temperaturfühler (RTDs).
Der kapazitive PGA ermöglicht einen vollständigen Gleichtakt-Eingangsbereich, was Designern einen größeren Spielraum für stark variierende Gleichtakt-Eingangssignale bietet. Ein größerer Gleichtakt-Eingangsbereich verbessert die Gesamtsauflösung und ist äußerst effektiv bei ratiometrischen Messungen.
Präzisionsstromquellen mit geringer Drift. Die Stromquellen IEXC0 und IEXC1 können verwendet werden, um 2-, 3- und 4-Draht-RTDs anzuregen. Optionen für den Erregerstromausgang umfassen 100 nA, 10 μA, 20 μA, 50 μA, 100 μA, 150 μA und 200 μA.
Der Low-Side-Power-Switch (PDSW) kann verwendet werden, um Brückensensoren zwischen den Konvertierungen auszuschalten. Der PDSW kann im Sequencer kanalweise gesteuert werden, was eine optimale Timing- und Energieeinsparung im Gesamtsystem ermöglicht. Der PDSW erlaubt zudem die Verwendung von leistungsstärkeren analogen Sensoren in einem energieeffizienten System.
Spannungsvoreinstellung für Thermoelemente (die VBIAS-Quelle setzt die Gleichtaktspannung eines Kanals auf AVDD/2).
Der intelligente Sequencer ermöglicht die Umwandlung jedes aktivierten vorkonfigurierten Kanals in einer vorgegebenen Reihenfolge, was es erlaubt, eine Mischung aus Wandler-, Systemprüf- und Diagnosetmessungen zu verweben. Der Sequencer eliminiert die Notwendigkeit wiederholter serieller Schnittstellenkommunikation mit dem Gerät. Die 16 Kanäle können in der Sequenz konfiguriert werden, wobei jeder von ihnen aus acht vordefinierten ADC-Einstellungen wählen kann, die die Auswahl von Verstärkung, Filtertyp, Ausgangsdatenrate, Pufferung, Timing und Referenzquelle ermöglichen.

Hohe Levels an integrierter Front-End-Funktionalität in Kombination mit kleinen Gehäuseoptionen ermöglichen kompaktere Endlösungen. Zum Beispiel integriert der AD4130-4 eine Bandgap-Referenz mit niedrigem thermischem Drift und unterstützt zusätzlich eine externe differentielle Referenz, die intern gepuffert werden kann. In sicherheitskritischen Anwendungen umfasst der AD4130-4 Diagnosefunktionen wie Open-Wire-Erkennung durch Burnout-Ströme, internen Temperatursensor, Referenzerkennung sowie die Erkennung von Überspannung und Unterspannung an den analogen Eingängen. Zusätzliche Diagnosefunktionen sind in der digitalen Schnittstelle enthalten, wie z. B. zyklische Redundanzprüfung (CRC) und Prüfungen der seriellen Schnittstelle für eine robuste Kommunikationsverbindung.

Hauptmerkmale und Vorteile

Ultra-niedriger Stromverbrauch (typisch)

32 µA: kontinuierlicher Konvertierungsmodus (Verstärkung = 128)
5 µA: Duty-Cycling-Modus (Verhältnis = 1/16)
0,5 µA: Standby-Modus
0,1 µA: Energiesparmodus

Eingebaute Funktionen für energiesparende Maßnahmen auf Systemebene

Aktuelles Einspar-Taktverhältnis: 1/4 oder 1/16
Intelligenter Sequenzer und per-Kanal-Konfiguration minimieren die Last des Hostprozessors
Tief eingebettetes FIFO minimiert die Belastung des Hostprozessors (Tiefe von 256 Proben)
Autonome FIFO-Interrupt-Funktionalität, Schwellenwerterkennung
Einzelversorgung ab nur 1,71 V verlängert die Batterielebensdauer

RMS-Rauschen: 25 nV rms bei 1,17 SPS (Verstärkung = 128) − 48 nV/√Hz
Bis zu 22 rauschfreie Bits (Verstärkung = 1)
Ausgabedatenrate: 1,17 SPS bis 2,4 kSPS
Funktioniert mit einer Einzelversorgung von 1,71 V bis 3,6 V oder einer geteilten Versorgung von ±1,8 V
Bandlückenreferenz mit maximaler Drift von 15 ppm/°C
PGA mit Rail-to-Rail-Analog-Eingang
Anpassungsfähige Sensor-Schnittstellenfunktionalität