ADuCM355: 화학 센서 인터페이스가 있는 정밀 아날로그 마이크로컨트롤러입니다

ADuCM355는 전기 화학 센서와 바이오센서를 제어하고 측정하는 온칩 시스템입니다. ADuCM355는 Arm® Cortex™-M3 프로세서에 기반한 초저 전력, 혼합 신호 마이크로컨트롤러입니다. 장치는 전류, 전압, 임피던스 측정 기능을 갖추고 있습니다.

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설명

ADuCM355는 입력 버퍼, 내장형 안티알리아스 필터(AAF), 프로그래머블 게인 증폭기(PGA)가 있는 16비트, 400 kSPS, 다중 채널 연속 근사법 레지스터(SAR) 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 갖추고 있습니다. 전류 입력에는 다양한 센서 유형을 측정하기 위한 프로그래머블 게인 및 부하 저항기가 포함된 3개의 트랜스임피던스 증폭기(TIA)가 포함됩니다. 또한 아날로그 프론트 엔드(AFE)에는 외부 전기 화학적 센서의 연속 바이어스 전압을 일정하게 유지하는 전위차단 기능을 위해 특별히 설계된 두 개의 저전력 증폭기가 포함되어 있습니다. 이 두 증폭기의 비역전 입력은 온칩, 듀얼 출력 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에 의해 제어됩니다. 아날로그 출력에는 고속 DAC와 AC 신호를 생성하도록 설계된 출력 증폭기가 포함됩니다.

ADC는 −20.9V부터 +0.9V까지의 입력 범위에서 최대 400kSPS의 변환율로 작동합니다. ADC 이전의 입력 mux를 사용하면 사용자가 측정을 위한 입력 채널을 선택할 수 있습니다. 이러한 입력 채널에는 세 개의 외부 전류 입력, 여러 개의 외부 전압 입력 및 내부 채널이 포함됩니다. 내부 채널을 통해 내부 공급 전압, 다이 온도 및 기준 전압을 진단할 수 있습니다.

3개의 전압 DAC 중 2개는 이중 출력, 12비트 문자열 DAC입니다. DAC당 하나의 출력은 전위가변기 증폭기의 비역전 입력을 제어하고, 다른 출력은 TIA의 비역전 입력을 제어합니다.

세 번째 DAC(고속 DAC라고도 함)는 임피던스 측정을 위해 고전력 TIA용으로 설계되었습니다. 본 DAC의 출력 주파수 범위는 최대 200kHz입니다.

정밀 1.82V 및 2.5V 온칩 참조 소스를 이용할 수 있습니다. 내부 ADC 및 전압 DAC 회로는 이 온칩 참조 소스를 사용하여 모든 주변 장치의 저속 주행 성능을 보장합니다.

ADuCM355에는 26MHz Arm Cortex-M3 프로세서가 통합되어 있습니다. 이 프로세서는 32비트 감소 명령 집합 컴퓨터(RISC) 기기입니다. Arm Cortex-M3 프로세서에는 두 개의 독립형 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI) 포트, UART(범용 비동기화 송수신기) 및 I2C 통신 주변기기를 지원하는 유연한 다채널 직접 메모리 액세스 컨트롤러도 있습니다. ADuCM355에는 128kB의 비휘발성 플래시/EE 메모리와 64kB의 단일 RAM(Single Random Access Memory) 통합 온칩이 내장되어 있습니다.

디지털 프로세서 하위 시스템은 26MHz 온칩 진동자에서 클럭으로 고정됩니다. 진동자는 주 디지털 다이 시스템 클럭의 소스입니다. 한 가지 선택으로서, 26MHz 위상 잠금 루프(PLL)를 디지털 시스템 클럭으로 사용할 수 있습니다. 이 클럭은 프로세서가 하부 주파수에서 작동하고 전력을 절약할 수 있도록 내부적으로 세분화될 수 있습니다. 저전력 내부 32kHz 진동자를 사용할 수 있으며 타이머를 기록할 수 있습니다. ADuCM355에는 범용 타이머 3개, 웨이크업 타이머(범용 타이머로 사용할 수 있음) 및 감시 타이머가 포함됩니다.

아날로그 하위 시스템에는 아날로그 다이에서 ADC, DAC 및 기타 디지털 로직을 기록하는 데 사용되는 별도의 16MHz 진동자가 있습니다. 또한 아날로그 다이는 별도의 32kHz, 저전력 진동자도 포함하여 감시 타이머를 아날로그 다이에 기록합니다. 32kHz 진동자와 이 감시 장치는 모두 디지털 다이 진동자 및 시스템 감시 타이머로부터 독립적입니다.

특정 애플리케이션에서 필요에 따라 다양한 통신 주변 장치를 구성할 수 있습니다. 이러한 주변 장치에는 UART(범용 비동기화 송수신기), I2C, 2개의 SPI 포트 및 범용 입출력(GPIO) 포트가 포함됩니다. GPIO를 범용 타이머와 결합하여 펄스 폭 변조(PWM) 유형 출력을 생성할 수 있습니다.

비침습적 에뮬레이션 및 프로그램 다운로드는 SW-DP(시리얼 와이어 디버그 포트) 인터페이스를 통해 지원됩니다.

ADuCM355는 2.8V ~ 3.6V 공급 장치에서 작동하며, −40°C ~ +85°C의 온도 범위로 지정됩니다. 이 칩은 72-리드 6mm × 5mm LGA(Land Grid Array) 패키지로 포장됩니다.

이 데이터 시트 전체에서 P0.0/SPI0_CLK와 같은 다기능 핀은 전체 핀 이름 또는 해당 기능만 관련이 있는 경우 핀의 단일 기능(예: P0.0)으로 지칭된다는 점에 유의하십시오.

도면/패키지

0719 ADuCM355 Drawings-Packages 1

0719 ADuCM355 Drawings-Packages 2

주요 특징
아날로그 입력/출력

- 16비트, 400kSPS ADC
- 전압, 전류 및 임피던스 측정 기능
        - 내부 및 외부 전류 및 전압 채널
        - 초저 누출 스위치 매트릭스 및 입력 mux
        - 입력 버퍼, PGA

전압 DAC

- 이중 출력 전압 DAC 2개
        - 출력 범위: 12비트 출력의 경우 0.2V ~ 2.4V(센서에 대한 ±2.2 V 전압 포텐셜)
- 바이어스 전위가변기 및 TIA 증폭기 2개
        - 초저 전력, 증폭기별 1μA
- 고속 12비트 전압 DAC 1개
        - 센서로의 출력 범위: −607mV ~ +607mV
        - 임피던스 측정을 위한 고속 TIA
        - 출력에 대한 프로그래머블 게인 증폭기

증폭기, 가속기 및 참조

- 초저 전력, 저소음 증폭기 2개
        - 전기 화학적 감지 시 전위가변기에 적합합니다.
- 초저 전력, 저소음 TIA 2개
        - ±0.00005μA ~ ±3000 μA 범위에서 센서 전류 출력을 측정하는 데 적합합니다
        - 프로그래머블 부하 및 게인 저항기
- 아날로그 하드웨어 가속기
        - 디지털 파형 생성기(ADuCM355 하드웨어 기준 매뉴얼 참조)
        - DFT 및 디지털 필터
- 2.5V 및 1.82V 온칩, 정밀 전압 기준

내부 온도 센서, ±2°C 정확도

- <1 Ω ~ 10MΩ, 0.016Hz ~ 200,000Hz의 임피던스 측정 범위

초당 최대 2000단계의 전압계 스캔 속도

마이크로컨트롤러

- 26 MHz Arm Cortex-M3 프로세서
- 코드 다운로드 및 디버깅을 지원하는 직렬 와이어 포트
- 128kB 플래시/64kB SRAM

보안 및 안전

- 프로그래머블 다항 생성기가 있는 하드웨어 순환 중복 검사(CRC)(ADuCM355 하드웨어 기준 매뉴얼 참조)
- 사용자 플래시의 읽기 및 쓰기 보호

온칩 주변 장치

- UART(범용 비동기화 송수신기), I2C, 및 SPI 직렬 입력/출력
- 최대 17개의 GPIO 핀
        - 외부 차단 옵션
- 일반 목적, 웨이크업 및 감시 타이머

전력

- 2.8V~3.6V 공급 및 활성 측정 범위
- 전력 공급 모니터
- 활성 전류 소비: 디지털 섹션의 경우 30μA/MHz
- 외부 센서에 대한 편향이 적용된 하이버네이트: 8.5μA
- SRAM을 보유하지 않은 셧다운 모드: 2μA

포장 및 온도 범위

- 6mm × 5mm, 72피드 LGA 패키지
- 주변 온도 −40°C ~ +85°C에서 전체 지정됨

일반 애플리케이션

- 가스 감지
- 식품 품질
- 환경 감지(공기, 물, 토양)
- 혈당 미터
- 생명 과학 및 바이오센싱 분석
- 바이오 임피던스 측정
- 일반 암페어 측정, 전압 측정 및 임피던스 분광 기능

평가 보드

예 — ADuCM355는 EVAL-ADuCM355를 통해 평가할 수 있습니다.

0719 ADuCM355 Evaluation Board

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