精密低功耗：推出超低功耗、直流耦合輸入信號鏈

本文介紹了交流耦合示例（AD8233），AD4130-8是討論直流耦合輸入信號鏈的絕佳機會。如果您還記得在第二篇博客中，我們提到處理大傳感器偏移的直流耦合信號鏈需要更高分辨率的ADC，這些ADC通常會消耗更多的功率并占用額外的電路板面積。

使用圖4130所示的AD8-1，ADI獨特的架構具有無與倫比的信號鏈集成深度，該架構提供24位Σ-Δ型ADC，集成可編程增益放大器（PGA）和FIFO，在連續(xù)轉換模式下具有令人印象深刻的32uA靜態(tài)電流。AD1-71具有3.6-2.7V電源電壓范圍和3.56mm x 4130.8mm WLCSP小尺寸，非常適合支持基于溫度和電橋（壓力、負載、應變）傳感器的電池供電應用，如現(xiàn)場儀表、智能發(fā)送器和無線傳感器節(jié)點。此外，集成的交叉點多路復用器通過在 16 個模擬輸入中的任何一對之間啟用測量通道，帶來了更大的靈活性。

圖1 AD4130-8的原理框圖

系統(tǒng)級低功耗

在第一篇博客中描述精密低功耗信號鏈時，我們提到需要一種系統(tǒng)級方法來真正優(yōu)化電池壽命。AD4130-8通過集成考慮從傳感器到微控制器的完整解決方案功耗的功能來實現(xiàn)這一點。讓我們首先考慮一個典型的1kΩ橋式傳感器，偏置在3V基準電壓。僅此一項就燃燒了3mA，已經(jīng)比測量它的AD100-4130多~8倍！為了消除此電源“熱點”，AD4130-8內(nèi)置一個低側電源開關（見圖2），可用于在兩次轉換之間關斷橋式傳感器。該低側開關由智能通道序列器控制，以定制時序并優(yōu)化節(jié)能。對于功耗敏感型應用，另一個需要考慮的選擇是用激勵電流而不是基準電壓源偏置橋式傳感器。AD4130-8內(nèi)置寄存器可編程精密激勵電流源，電流范圍為100nA至200uA，可通過任何多路復用器輸入通道在片外驅動。

圖2 – 簡化的AD4130-8橋式配置，采用低邊電源開關（PSW）

片內(nèi)FIFO（先進先出）緩沖器可存儲來自AD256-4130的多達8個轉換結果，允許微控制器處于休眠模式更長時間，從而進一步降低系統(tǒng)級功耗負擔。當數(shù)據(jù)超過指定閾值時，使用方便的中斷信號喚醒微控制器，指示FIFO已達到預定義的樣本數(shù)（水印模式），或者FIFO已滿并允許“突發(fā)模式”數(shù)據(jù)傳輸。這與AD4130-8上的智能時序控制器相結合，可實現(xiàn)自主測量。

用于生物電勢測量的直流耦合解決方案

雖然可能并不明顯，但AD4130-8是直流耦合解決方案的一個很好的例子，用于在足夠低的帶寬水平（如心率甚至動態(tài)ECG）下進行單導聯(lián)生物電位測量。圖 3 顯示了一個基本配置，其中兩個模擬輸入連接到 LA（左臂）和 RA（右臂）電極，第三個模擬輸入用于將主體驅動至 AVDD/2 直流 Vbias。雖然這不是真正的右腿驅動（RLD），但它可能足以滿足電池供電的解決方案。此外，燒毀電流可用作直流導聯(lián)脫落檢測的抽查。請注意，由于可用的燒毀電流水平，這些更適合于低阻抗/接液電極。對于AD4130-8輸入偏置電流過高的干電極應用，可以在AD4505-2之前的電極上放置ADA40024-4130或MAX8等緩沖器。

圖 3 – AD4130-8 的單導聯(lián) ECG 配置

由于這是一個直流耦合輸入信號鏈，因此在設置PGA增益時必須考慮電源電壓和預期的電極偏移，以防止飽和。圖4所示的表格（AD15-4130數(shù)據(jù)手冊表8）是跟蹤給定增益設置和輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）下噪聲的有用方法。ODR 還為應用設置 3dB 帶寬，如第三列所示。AD4130-8配置還根據(jù)IEC60601-2-47動態(tài)ECG規(guī)范進行了測試，如果定時精度測試使用足夠精確的外部時鐘，則能夠滿足所有要求。

圖 4 – 采用 4130.8V 基準電壓源和 Sinc 的 AD2-5 的噪聲與增益和輸出數(shù)據(jù)速率的關系3濾波器

審核編輯：郭婷