AD4130-4: 32 μA, ADC sigma-delta a 24 bit ultra-low power con PGA integrato e FIFO.

Ultra-Bassa Potenza30 lug 2025

Una persona interagisce con uno smartwatch che mostra i dati sul monitoraggio della salute, abbinato a uno smartphone che visualizza grafici dettagliati.

L'AD4130-4 è una soluzione di misurazione ultra-low-power e ad alta precisione per applicazioni a bassa larghezza di banda alimentate a batteria.

The fully integrated analog front end (AFE) of the AD4130-4 includes a multiplexer for up to 8 single-ended or 4 differential inputs, programmable gain amplifier (PGA), 24-bit sigma-delta (Σ-Δ) analog-to-digital converter (ADC), on-chip reference and oscillator, selectable filter options, smart sequencer, sensor biasing and excitation options, diagnostics, and newly added features to improve the battery-operated lifetime (more than 5 years on a coin cell), that is, a first in, first out (FIFO) buffer and duty cycling.

The AD4130-4 allows users to measure low frequency signals with a current consumption of 28.5 μA (gain = 1) and 32.5 μA (gain = 128) while continuously converting, and even lower average currents when using one of the duty cycling options. The AD4130-4 can be configured to have 4 differential inputs or 8 single-ended or pseudo differential inputs, which connect to a crosspoint multiplexer, where any input pair can become a measurement channel input to the PGA and ADC.

The AD4130-4 is designed to allow the user to operate from a single analog supply voltage from 1.71 V to 3.6 V. In battery applications, operation as low as 1.71 V can extend the system lifetime as the AFE can continue its operation, even as the battery voltage dissipates. The digital supply can be separate and range from 1.65 V to 3.6 V.

Together with the reduced current consumption, the integration of an on-chip FIFO buffer can be used in tandem with the smart sequencer, to enable the AD4130-4 to become an autonomous measurement system, which allows the microcontroller to sleep for extended periods.

Intelligent interrupt functionality gives the user a greater confidence in both error detection and safety. The user can enable an interrupt signal to trigger when the samples in the FIFO reach a predefined value or when a user programmable threshold is exceeded.

The following key analog functions are offered on the AD4130-4 to allow simple and effective connection to transducers used for measuring temperature, load, and pressure:

PGA: Grazie al guadagno programmabile (da 1 a 128) e all'elevata impedenza d'ingresso con una bassa corrente in ingresso, il PGA consente un'interfaccia diretta con trasduttori a basse ampiezze d'uscita, come ponti resistivi, termocoppie e rilevatori di temperatura a resistenza (RTD).
Il PGA capacitivo consente un'intera gamma di ingressi in modalità comune, offrendo ai progettisti un maggiore margine per modalità comuni di ingresso molto variabili. Una gamma di ingressi in modalità comune più ampia migliora la risoluzione complessiva ed è altamente efficace nelle misurazioni ratiometriche.
Fonti di corrente di precisione a bassa deriva. Le fonti di corrente IEXC0 e IEXC1 possono essere utilizzate per alimentare RTD a 2, 3 e 4 fili. Le opzioni di uscita della corrente di alimentazione includono 100 nA, 10 μA, 20 μA, 50 μA, 100 μA, 150 μA e 200 μA.
Il power switch a lato basso (PDSW) può essere utilizzato per spegnere i sensori del ponte tra le conversioni. Il PDSW può essere controllato all'interno del sequencer su base per canale, il che consente una tempistica ottimale e un risparmio energetico nel sistema complessivo. Il PDSW può anche consentire l'utilizzo di sensori analogici più potenti in un sistema a basso consumo.
Spolarizzazione di tensione per termocoppie (la sorgente VBIAS imposta la tensione di modo comune di un canale a AVDD/2).
Il sequenziatore intelligente consente la conversione di ciascun canale preconfigurato abilitato secondo un ordine predeterminato, permettendo così di intercalare una combinazione di trasduttori, controlli di sistema e misurazioni diagnostiche. Il sequenziatore elimina la necessità di comunicazione seriale ripetitiva con il dispositivo. I 16 canali possono essere configurati nella sequenza, ciascuno selezionando tra otto configurazioni ADC predefinite che permettono la scelta di guadagno, tipo di filtro, frequenza di dati di uscita, buffering, temporizzazione e sorgente di riferimento.

Elevati livelli di funzionalità front-end integrate, combinati con opzioni di package compatte, consentono soluzioni finali di dimensioni ridotte. Ad esempio, l'AD4130-4 integra un riferimento band gap a bassa deriva termica, oltre ad accettare un riferimento differenziale esterno che può essere bufferizzato internamente. In applicazioni critiche per la sicurezza, l'AD4130-4 include funzionalità diagnostiche come il rilevamento di fili aperti tramite correnti di burnout, sensore di temperatura interno, rilevamento del riferimento e il rilevamento di sovratensione e sottotensione negli ingressi analogici. Diagnostiche aggiuntive sono incluse nell'interfaccia digitale, come il controllo di ridondanza ciclica (CRC) e verifiche dell'interfaccia seriale per un collegamento di comunicazione robusto.

Caratteristiche principali e vantaggi

Consumo di corrente ultra-basso (tipico) - 32 µA: modalità di conversione continua (guadagno = 128) - 5 µA: modalità di ciclo di lavoro (rapporto = 1/16) - 0.5 µA: modalità standby - 0.1 µA: modalità di spegnimento
Funzionalità integrate per il risparmio energetico a livello di sistema - Rapporto ciclo di lavoro per il risparmio di corrente: 1/4 o 1/16 - Sequenziatore intelligente e configurazione per canale minimizzano il carico del processore host - FIFO profondamente integrato minimizza il carico del processore host (profondità di 256 campioni) - Funzionalità FIFO autonoma con interruzione, rilevamento della soglia - Alimentazione singola fino a 1,71 V aumentando la durata della batteria
Rumore RMS: 25 nV rms a 1,17 SPS (guadagno = 128) − 48 nV/√Hz
Fino a 22 bit senza rumore (guadagno = 1)
Frequenza di campionamento dell'output: 1,17 SPS a 2,4 kSPS
Funziona con un'alimentazione singola da 1,71 V a 3,6 V o con alimentazioni divise ±1,8 V
Riferimento a band gap con deriva massima di 15 ppm/°C
PGA con ingresso analogico rail-to-rail
Funzionalità adattabile di interfacciamento del sensore - Correnti di eccitazione programmabili corrispondenti per RTD - Generatore di tensione di polarizzazione integrato per termocoppie - Interruttore di potenza a lato basso per trasduttori a ponte - Rilevamento del filo aperto del sensore
Sensore di temperatura interno e oscillatore
Autocalibrazione e calibrazione del sistema
Opzioni di filtro flessibili
Reiezione simultanea a 50 Hz/60 Hz (su opzioni filtro selezionate)
Uscite generiche
Funzionalità diagnostica
Ingressi multiplexati Crosspoint - 4 ingressi differenziali/8 pseudo differenziali
SPI 5 MHz (3 fili o 4 fili)
Disponibile in WLCSP da 35 ball, 2,7 mm × 3,56 mm e LFCSP da 32 lead, 5 mm × 5 mm
Intervallo di temperatura: −40°C a +105°C (WLCSP), −40°C a +125°C (LFCSP)