AD4130-4 : 32 μA, convertisseur analogique-numérique sigma-delta 24 bits ultra-basse consommation avec PGA intégré et FIFO.

Ultra-faible consommation30 juil. 2025

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L'AD4130-4 est une solution de mesure ultra-basse consommation et haute précision pour les applications sur batterie à faible bande passante.

La chaîne analogique frontale entièrement intégrée (AFE) de l'AD4130-4 inclut un multiplexeur pour jusqu'à 8 entrées simples ou 4 entrées différentielles, un amplificateur à gain programmable (PGA), un convertisseur analogique-numérique (ADC) sigma-delta (Σ-Δ) 24 bits, une référence et un oscillateur intégrés, des options de filtre sélectionnables, un séquenceur intelligent, des options de polarisation et d'excitation des capteurs, des diagnostics, et des fonctionnalités récemment ajoutées pour améliorer la durée de vie du système alimenté par batterie (plus de 5 ans sur une pile bouton), à savoir un tampon FIFO (first in, first out) et un cyclage d'activité.

L'AD4130-4 permet aux utilisateurs de mesurer des signaux basse fréquence avec une consommation de courant de 28,5 μA (gain = 1) et 32,5 μA (gain = 128) tout en convertissant en continu, et même des courants moyens inférieurs en utilisant une des options de cyclage d'activité. L'AD4130-4 peut être configuré pour avoir 4 entrées différentielles ou 8 entrées simples ou pseudo-différentielles, connectées à un multiplexeur croisé, où n'importe quelle paire d'entrées peut devenir une entrée de canal de mesure pour le PGA et l'ADC.

L'AD4130-4 est conçu pour permettre à l'utilisateur de fonctionner avec une seule tension d'alimentation analogique de 1,71 V à 3,6 V. Dans les applications sur batterie, un fonctionnement aussi bas que 1,71 V peut prolonger la durée de vie du système car l'AFE peut continuer son fonctionnement, même si la tension de la batterie s'atténue. L'alimentation numérique peut être distincte et aller de 1,65 V à 3,6 V.

Avec la consommation de courant réduite, l'intégration d'un tampon FIFO intégré peut être utilisée en tandem avec le séquenceur intelligent, permettant à l'AD4130-4 de devenir un système de mesure autonome, ce qui permet au microcontrôleur de dormir pendant de longues périodes.

Une fonctionnalité d'interruption intelligente donne à l'utilisateur une plus grande confiance dans la détection des erreurs et la sécurité. L'utilisateur peut activer un signal d'interruption pour se déclencher lorsque les échantillons dans le FIFO atteignent une valeur prédéfinie ou lorsqu'un seuil programmable par l'utilisateur est dépassé.

Les fonctions analogiques clés suivantes sont offertes sur l'AD4130-4 pour permettre une connexion simple et efficace aux transducteurs utilisés pour mesurer la température, la charge et la pression :

PGA: En raison du gain programmable (de 1 à 128) et de l'impédance d'entrée élevée avec un faible courant d'entrée, le PGA permet une interface directe avec les transducteurs à faibles amplitudes de sortie tels que les ponts résistifs, les thermocouples et les détecteurs à résistance de température (RTD).
Le PGA capacitif permet une plage complète d'entrée en mode commun, offrant aux concepteurs une plus grande marge pour des modes communs d'entrée très variés. Une plage d'entrée en mode commun plus large améliore la résolution globale et est très efficace dans les mesures rationnelles.
Sources de courant de précision à faible dérive. Les sources de courant IEXC0 et IEXC1 peuvent être utilisées pour exciter des RTD à 2, 3 et 4 fils. Les options de sortie de courant d'excitation incluent 100 nA, 10 μA, 20 μA, 50 μA, 100 μA, 150 μA et 200 μA.
L'interrupteur de puissance côté bas (PDSW) peut être utilisé pour éteindre les capteurs de pont entre les conversions. Le PDSW peut être contrôlé au sein du séquenceur sur une base par canal, ce qui permet un timing optimal et des économies d'énergie dans l'ensemble du système. Le PDSW peut également permettre l'utilisation de capteurs analogiques plus puissants dans un système basse consommation.
Biais de tension pour les thermocouples (la source VBIAS définit la tension de mode commun d'un canal à AVDD/2).
Le séquenceur intelligent permet la conversion de chaque canal préconfiguré activé dans un ordre prédéterminé, ce qui permet de combiner transducteur, vérifications du système et mesures de diagnostic de manière entrelacée. Le séquenceur élimine le besoin de communication par interface série répétée avec l'appareil. Les 16 canaux peuvent être configurés dans la séquence, chacun d'eux sélectionnant parmi huit configurations d'ADC prédéfinies qui permettent le choix du gain, du type de filtre, du taux de données de sortie, de la mise en mémoire tampon, du timing et de la source de référence.

Des niveaux élevés de fonctionnalités intégrées en front-end couplés à des options de petits boîtiers permettent des solutions finales plus compactes. Par exemple, l'AD4130-4 intègre une référence à bande interdite à faible dérive thermique en plus d'accepter une référence différentielle externe, qui peut être mise en tampon en interne. Dans les applications critiques pour la sécurité, l'AD4130-4 inclut des fonctionnalités de diagnostic telles que la détection de fil ouvert via des courants de brûlage, un capteur de température interne, la détection de référence, ainsi que la détection de surtension et de sous-tension de l'entrée analogique. Des diagnostics supplémentaires sont inclus sur l'interface numérique, tels qu'un contrôle de redondance cyclique (CRC) et des vérifications d'interface série pour un lien de communication robuste.

Caractéristiques clés et avantages

Consommation de courant ultra-faible (typique)

32 µA : mode de conversion continue (gain = 128)
5 µA : mode de cyclage (rapport = 1/16)
0,5 µA : mode veille
0,1 µA : mode veille

Fonctionnalités intégrées pour des économies d'énergie au niveau du système

Ratio actuel du cycle d'économie d'énergie : 1/4 ou 1/16
Le séquenceur intelligent et la configuration par canal minimisent la charge du processeur hôte
La FIFO profondément intégrée minimise la charge du processeur hôte (profondeur de 256 échantillons)
Fonctionnalité d'interruption FIFO autonome, détection de seuil
Alimentation unique aussi basse que 1,71 V augmentant la durée de la batterie

Bruit RMS : 25 nV rms à 1,17 SPS (gain = 128) − 48 nV/√Hz
Jusqu'à 22 bits sans bruit (gain = 1)
Fréquence de sortie des données : 1,17 SPS à 2,4 kSPS
Fonctionne avec une alimentation unique de 1,71 V à 3,6 V ou des alimentations divisées de ±1,8 V
Référence de bande interdite avec dérive maximale de 15 ppm/°C
PGA avec entrée analogique rail-à-rail
Fonctionnalité d'interfaçage de capteur adaptable

Courants d'excitation programmables appariés pour les RTD
Générateur de tension de polarisation intégré pour thermocouples
Interrupteur de puissance côté bas pour transducteurs en pont
Détection de fil ouvert du capteur

Capteur de température interne et oscillateur
Auto-étalonnage et étalonnage du système
Options de filtre flexibles
Rejet simultané de 50 Hz/60 Hz (sur les options de filtre sélectionnées)
Sorties polyvalentes
Fonctionnalité de diagnostic
Entrées multiplexées par point de croisement

4 entrées différentielle/8 pseudo-différentielle

SPI 5 MHz (3 fils ou 4 fils)
Disponible en WLCSP 35 billes, 2,7 mm × 3,56 mm et LFCSP 32 broches, 5 mm × 5 mm
Plage de température : −40°C à +105°C (WLCSP), −40°C à +125°C (LFCSP)
AD4130-4 LFCSP compatible avec le brochage de AD7124-4 LFCSP