Das ADuCM355 ist ein System-On-Chip, das elektrochemische Sensoren und Biosensoren steuert und misst. Das extrem energiesparende ADuCM355 ist ein auf dem Arm® Cortex™-M3-Prozessor basierender Mixed-Signal-Mikrocontroller. Das Gerät ist in der Lage Strom, Spannung und Impedanz zu messen.
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Beschreibung
Das ADuCM355 ist mit einem Multichannel-Analog-Digital-Wandler (A/D-W) mit 16 Bit, 400 kSPS und SAR-Technologie (Successive Approximation Register) ausgestattet sowie mit Anti-Aliasing-Filter (AAF) und einem Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (Programmable Gain Amplifier, PGA). Unter den Stromeingängen befinden sich drei Transimpedanzverstärker (TIA) mit programmierbarer Verstärkung und Lastwiderständen zur Messung verschiedener Sensorarten. Das analoge Frontend (AFE) beinhaltet außerdem zwei energiesparende Verstärker, die speziell mit Potentiostatfunktion entwickelt wurden, um die Vorspannung zu einem externen elektrochemischen Sensor konstant zu halten. Die nicht invertierenden Eingänge dieser beiden Verstärker werden von On-Chip-Digital-Analog-Wandlern (D/A-W) mit dualem Ausgang gesteuert. Zu den analogen Ausgängen zählt ein Hochgeschwindigkeits-D/A-W sowie ein Ausgangsverstärker, der ein Wechselstromsignal erzeugt.
Der A/D-W wird auf Konversionsraten von bis zu 400 kSPS betrieben, wobei der Eingangsbereich bei −0,9 V bis +0,9 V liegt. Ein dem A/D-W vorgeschalteter Mux ermöglicht dem Benutzer, einen Eingabekanal für die Messung auszuwählen. Zu den Eingabekanälen gehören drei externe Stromeingänge, mehrere externe Spannungseingänge sowie interne Kanäle. Die internen Kanäle ermöglichen diagnostische Messungen der internen Versorgungsspannung, Chiptemperatur und Referenzspannung.
Zwei der drei Spannungs-D/A-Ws sind 12-Bit-String-D/A-Ws mit dualem Ausgang. Jeweils ein D/A-W-Ausgang kontrolliert den nicht invertierenden Eingang eines Potentiostatverstärkers, während der andere den nicht invertierenden Eingang des TIAs (Transimpedanzverstärker) kontrolliert.
Der dritte D/A-W (manchmal auch Hochgeschwindigkeits-D/A-W genannt) wurde für den Hochleistungs-TIA zu Zwecken der Impedanzmessung entwickelt. Der Ausgangsfrequenzbereich dieses D/A-Ws beträgt bis zu 200 kHz.
Eine hochpräzise 1,82 V and 2,5 V On-Chip-Referenzquelle ist verfügbar. Die internen A/D-W- und Spannungs-D/A-W-Schaltungen nutzen diese On-Chip-Referenzquelle, um niedrigen Drift für alle Peripheriegeräte zu gewährleisten.
Das ADuCM355 integriert einen Arm Cortex-M3-Prozessor mit 26 MHz, der ein 32-Bit-RISC (Reduced Instruction Set Computer) ist. Der Arm Cortex-M3-Prozessor ist zudem mit einem flexiblen Multichannel-DMA-Controller (Direct Memory Access) ausgestattet, der zwei unabhängige SPI-Ports (serielle Peripherieschnittstellen), einen UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) und I2C-Kommunikations-Peripheriegeräte unterstützt. Das ADuCM355 integriert auf dem Chip 128 kB nichtflüchtigen Flash/EE-Speicher und 64 kB statisches RAM (SRAM).
Das digitale Prozessor-Subsystem wird über einen On-Chip-Oszillator mit 26 MHz getaktet. Der Oszillator betreibt die digitale Haupt-Systemuhr des Chips. Wahlweise kann eine 26-MHz-Phasenregelschleife (PLL) als digitale Systemuhr verwendet werden. Diese Uhr kann intern so unterteilt werden, dass der Prozessor auf unterer Frequenz läuft und somit Energie spart. Ein energiesparender, interner 32-kHz-Oszillator ist für das Takten des Timers verfügbar. Das ADuCM355 ist mit drei allgemeinen Timern, einem Aufwach-Timer (der auch als allgemeiner Timer eingesetzt werden kann) und einem System-Watchdog-Timer ausgestattet.
Das analoge Subsystem verfügt über einen separaten 16-MHz-Oszillator, der den A/D-W, die D/A-Ws und andere digitale Logik auf dem analogen Chip taktet. Der analoge Chip ist außerdem mit einem separaten, energiesparenden 32-kHz-Oszillator ausgestattet, der einen Watchdog-Timer auf dem analogen Chip taktet. Sowohl der 32-kHz-Oszillator als auch der Watchdog sind vom digitalen Chip-Oszillator und System-Watchdog-Timer unabhängig.
Eine Reihe an Kommunikations-Peripheriegeräten kann je nach Bedarf auf spezifische Anwendungen konfiguriert werden. Zu diesen Peripheriegeräten zählen UART-, I2C- und zwei SPI-Ports sowie allgemeine E/A-Ports (GPIO). In Verbindung mit den allgemeinen Timern können die GPIOs kombiniert werden, um so einen Pulsdauermodulation-Ausgang (PWM) zu erzeugen.
Nicht intrusive Emulation und Programmdownloads werden über die SW-DP-Schnittstelle (Serial Wire Debug-Port) unterstützt.
Das ADuCM355 wird auf einer Stromversorgung von 2,8 V bis 3,6 V betrieben und ist für den Temperaturbereich von −40 °C bis +85 °C spezifiziert. Das Chipgehäuse besteht aus einem 6 mm × 5 mm 72-Lead-Rasteranordnung-Gehäuse (LGA).
Bitte beachten Sie, dass multifunktionale Pins, wie etwa P0.0/SPI0_CLK, in diesem Datenblatt entweder unter dem vollständigen Namen des Pins oder unter einer einzelnen Pinfunktion aufgeführt wurden, wie etwa P0.0, wenn nur diese eine Funktion von Relevanz ist.
Zeichnungen / Einheiten
Haupteigenschaften
Analoger Eingang/Ausgang
- 16 Bit, 400 kSPS A/D-W
- Messfunktion für Spannung, Strom und Impedanz
- Interne und externe Strom- und Spannungskanäle
- Schaltermatrix und Mux mit extrem niedrigem Leckstrom
- Eingangspuffer, PGA
Spannungs-D/A-Ws
- 2 duale Ausgangsspannungs-D/A-Ws
- Ausgang zwischen 0,2 V und 2,4 V (± 2,2 V Spannungspotential zum Sensor) für 12-Bit-Ausgänge
- 2 Bias-Potentiostat- und TIA-Verstärker
- Extrem energiesparende 1 μA pro Verstärker
- 1 Hochgeschwindigkeits-Spannungs-D/A-W mit 12 Bit
- Ausgang zum Sensor: −607 mV bis +607 mV
- Hochgeschwindigkeits-TIA zur Impedanzmessung
- Verstärker mit programmierbarer Verstärkung am Ausgang
Verstärker, Beschleuniger und Referenzen
- 2 energiesparende, rauscharme Verstärker
- Geeignet für Potentiostat-Bias bei elektrochemischer Erfassung
- 2 energiesparende, rauscharme TIAs
- Geeignet für die Stromausgangsmessung von Sensoren im Bereich von ±0,00005 μA bis ±3.000 μA
- Programmierbare Lastwiderstände und Verstärkung
- Analoge Hardwarebeschleuniger
- Digitaler Wellenformgenerator (siehe ADuCM355 Hardware-Referenzhandbuch)
- DFT und digitale Filter
- 2,5 V und 1,82 V hochpräzise On-Chip-Spannungsreferenz
Interner Temperatursensor mit Genauigkeit von ± 2 °C
- Messbereich für Impedanz <1 Ω bis 10 MΩ, 0,016 Hz bis 200.000 Hz
Voltammetrie-Abtastrate bis zu 2.000 Schritte pro Sekunde
Mikrocontroller
- 26-MHz-Arm Cortex-M3-Prozessor
- Serial-Wire-Port unterstützt Codedownloads und Debugging
- 128 kB Flash/ 64 kB SRAM
Sicherheit und Schutz
- Hardware-CRC (Cyclic Redundancy Check) mit programmierbarem Polynomgenerator (siehe ADuCM355 Hardware-Referenzhandbuch)
- Lese- und Schreibschutz des Benutzer-Flash
On-Chip-Peripheriegeräte
- UART, I2C und serieller SPI-Eingang/Ausgang
- Bis zu 17 GPIO-Pins
- Externe Interrupt-Option
- Allgemeine Timer, Aufwach- und Watchdog-Timer
Energieversorgung
- 2,8 V bis 3,6 V Spannungsversorgung und aktiver Messbereich
- Spannungsversorgungsmonitor
- Aktive Stromaufnahme: 30 μA/ MHz für den Digitalbereich
- Hibernate mit Bias zum externen Sensor: 8,5 μA
- Abschaltungsmodus ohne SRAM-Erhaltung: 2 μA
Gehäuse und Temperaturbereich
- 6 mm × 5 mm 72-Lead-LGA-Gehäuse
- Vollständig spezifiziert für eine Betriebsumgebung von −40 °C bis +85 °C
Allgemeine Anwendungen
- Erkennung von Gasen
- Lebensmittelqualität
- Umgebungssensoren (Luft, Wasser und Boden)
- Blutzuckermessgeräte
- Biowissenschaften und Analyse von Biosensoren
- Bioimpedanzmessung
- Allgemeine Funktionen in der Amperometrie, Voltammetrie und Impedanzspektroskopie
Evaluationsplatine
JA - Das ADuCM355 kann mit dem EVAL-ADuCM355 evaluiert werden.
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