SD6500 — SoC для измерительных малогабаритных приборов с батарейным питанием

Высокая точность измерений, экономичность и в ряде случаев миниатюрность — ключевые факторы при построении медицинских измерительных приборов, таких как термометры, глюкометры, весы и другие устройства. Для них хорошим решением являются системы на кристалле (System on Chip, SoC, СнК), поскольку высокая степень интеграции позволяет уменьшить размер готового изделия, снизить влияние внешних факторов и добиться оптимального взаимодействия между различными блоками, что повышает скорость и точность измерений, а также снижает общее энергопотребление. Кроме того, применение SoC упрощает разработку и производство.

Системы на кристалле, предназначенные для построения измерительных приборов, выпускает компания SDIC Microelectronics, известная своими аналого-цифровыми (АЦП) и цифро-аналоговыми (ЦАП) компонентами, такими как интерфейсы токовой петли (включая HART-модемы), интегральные схемы (ИС) и SoC для мультиметров и датчиков температуры, давления.

СнК SD6500 представляет собой комплекс решений, размещенных в миниатюрном корпусе MSOP10 (рис. 1) и отличается такими характеристиками, как:

• Высокоточный 24-битный АЦП с двумя дифференциальными (или четырьмя несимметричными) входами;
• Малошумящий предварительный усилитель с высоким входным сопротивлением и программируемым коэффициентом усиления (1...256, кратно степени два);
• Два RC-генератора с частотой 32 кГц и 8 МГц;
• Цифровой интерфейс со скоростью передачи данных до 1.1 Мбит/с;
• 8-битный ЦАП (1 выход);
• Операционный усилитель (ОУ);
• Датчик температуры;
• Источник опорного напряжения (ИОН) и питания датчиков (2.4, 2.7, 3.0 и 3.3 В).

SD6500 работает при напряжении питания 2.4...3.6 В и температуре -40...85°C.

Рис. 1. Корпус и блок-схема SD6500

24-битный сигма-дельта-АЦП (число эффективных бит - 19.3) выдает данные с частотой 8 выборок в секунду при нормальном (постоянном) режиме работы на частоте 8 МГц. Экономию энергии обеспечивают спящий режим с возможностью самопробуждения, тактируемый генератором 32 кГц, а также алгоритм активности на шине данных, срабатывающий только в случае результата, отличного от предыдущего (сравниваются старшие 16 бит). Потребление SoC в нормальном режиме составляет 1,6 мА, в спящем — 1 мкА.

Функциональная схема мультиплексора входов и предварительного усиления аналогового сигнала показана на рис. 2. В качестве входа для АЦП могут быть внешние (AIx) и внутренние сигналы, посылаемые датчиком температуры (TSP/TSN), ИОН (ACM), ЦАП (DAO1) и общим AVSS. Для калибровки предусмотрена возможность замыкания входов между собой.

Рис. 2. Обработка входного аналогового сигнала

Помимо предварительного усилителя, разработчик может использовать многоцелевой ОУ с программируемым управлением (рис. 3). Пример использования ОУ показан на рис. 4 (выход ЦАП) и схеме глюкометра, представленной на рис. 7а.

Рис. 3. Блок-схема многоцелевого ОУ

Благодаря развитой структуре интегрированного 8-битного ЦАП (рис. 4) на его выходе можно получить напряжение в диапазоне питания SoC. Если требуется напряжение, близкое по значению к опорному или AVDDR/2, то в этом случае точность установки эквивалентна разрешению 11…12 бит.

Рис. 4. Функциональная схема интегрированного ЦАП

Система управления питанием (рис. 5) построена на LDO с программируемым выходным напряжением (ток нагрузки 10 мА) и ИОН (BG) напряжением 1,2 В. Источник опорного напряжения имеет температурную стабилизацию и буфер для внешних цепей (ток 1 мА).

Рис. 5. Устройство системы питания SD6500

Цифровой интерфейс очень прост как программно (протокол начала обмена данными с хостом показан на рис. 6), так и аппаратно: состоит из линии тактовой частоты (SCK), генерируемой хостом, и двунаправленной линии данных (DATA). В системе используются 20 восьмибитных регистров, при этом 7 из них хранят текущий результат АЦП и старшие части предыдущих результатов и настроек.
 

Рис. 6. Обмен данными с SD6500

На рис. 7 показаны типовые схемы инфракрасного термометра, измерения количества сахара в крови, весов или определения давления, построенные на базе SD6500.

а) 

б) 

в) 

Рис. 7. Типовые схемы: а) инфракрасного термометра; б) глюкометра (используются встроенные ЦАП и ОУ); в) тонометра

СнК SD6500 доступна для заказа и может с успехом применяться в недорогих приборах медицинского назначения, в которых отсутствуют требования к быстродействию, но важны компактность и малое энергопотребление.

Производители: SDIC

Разделы: Аналого-цифровые преобразователи

Опубликовано: 22.04.2025