AD5940 高精度、阻抗&电化学前端

优势和特点

模拟输入

• 800 kSPS，16位精度 ADC
• 极低漏电流、可编程开关矩阵，用于定制传感器连接
• 高精度电压、电流、恒电位仪和阻抗测量
• 6个外部电流测量通道
• 高达 24 个电压通道
• 阻抗测量引擎最高可达 200 kHz
• ADC 输入路径
  • 输入缓冲器
  • 可编程 TIA 增益
  • 可编程增益放大器，增益值为 1、1.5、2、4 和 9
  • AAF

电压 DAC

• 双输出电压DAC，输出范围为 0.2 V 至 2.4 V (传感器电压为 ±2.2 V)
• 12 位 V_BIAS 输出到偏置恒电位放大器
• 6 位 V_ZERO 输出到偏置 TIA
• 超低功耗：1 μA。
• 1 个高速 12 位 DAC
  • 输出范围：±600 mV
  • 输出可编程增益放大器，增益设置为 1 和 0.025

放大器、加速器和基准电压源

• 1 个低功耗、低噪声恒电位仪放大器，适用于电化学检测中的恒电位偏置
• 1 个低功耗、低噪音 TIA，适用于测量传感器电流输出
  • 用于传感器输出的可编程负载和增益电阻
• 模拟硬件加速器
  • 数字波形发生器
  • 接收滤波器
  • 复阻抗测量（DFT）引擎
• 1 个高速 TIA，可处理高达 200 kHz 的宽带宽输入信号
• 数字波形发生器，用于产生正弦波和梯形波形
• 2.5 V 和 1.82 V 内部基准电压源

系统级节能

• 快速启动和关断模拟模块，用于工作循环
• 可编程 AFE 时序控制器，可最大限度地减少主机控制器的工作量
• 6 kB SRAM 用于预编程 AFE 序列
• 超低功耗、恒电位仪通道：启用时为 6.5 μA

智能传感器同步和数据收集

• 传感器测量的循环精确控制
• 时序控制器控制的 GPIO

片内外设

• SPI 串行输入/输出
• 唤醒定时器
• 中断控制器

电源

• 2.8 V 至 3.6 V 电源
• 兼容 1.8 V 输入/输出
• POR
• 启动 LPDAC 和恒电位仪的休眠模式，以维持传感器偏置

封装和温度范围

• 3.6 mm × 4.2 mm、56 球 WLCSP。
• 完全适合 −40°C 至 +85°C 范围

应用

• 电化学测量
• 恒电位仪/电流/伏安法/循环伏安法
• 生物阻抗应用
  • 皮肤阻抗
  • 身体阻抗
• 连续血糖监测
• 电池阻抗

产品详情

AD5940 是一款高精度、低功耗模拟前端（AFE），专为需要高精度、基于电化学的测量技术（如电流、伏安或阻抗测量）的便携式应用而设计。AD5940 专为测量皮肤阻抗和人体阻抗而设计，也可与 AD8233 AFE 一起用于完整的生物电/生物电位测量系统。

AD5940 由两个高精度激励环路和一个通用测量通道组成，可以对被测传感器进行广泛的测量。第一个激励环路包括一个超低功耗、双输出串数模转换器（DAC）和一个低功耗、低噪声恒电位仪放大器。DAC 的一个输出控制恒电位仪放大器的同相输入，另一个输出控制跨阻放大器（TIA）的同相输入。这种低功耗激励环路能够产生从直流至 200 Hz 的信号。

第二个激励环路由一个 12 位 DAC 组成，称为高速 DAC。该 DAC 能够产生高达 200 kHz 的高频激励信号。

AD5940 测量通道具有 16 位、800 kSPS、多通道逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器（ADC），带有输入缓冲器，内置抗混叠滤波器（AAF）和可编程增益放大器（PGA）。ADC的输入电压范围为 ±1.35 V。ADC 之前的输入多路复用器允许用户选择输入通道进行测量。这些输入通道包括多个外部电流输入、多个外部电压输入和内部电压通道。内部通道用于内部电源电压、裸片温度和基准电压源的诊断测量。

电流输入包括两个带可编程增益和负载电阻的 TIA，用于测量不同类型的传感器。第一个 TIA，称为 LPTIA，旨在测量低带宽信号。第二个 TIA，称为高速 TIA，旨在测量高达 200 kHz 的高带宽信号。

极低漏电流、低 RON 可编程开关矩阵将传感器连接到内部模拟激励和测量模块。该矩阵提供用于连接外部 TIA 增益电阻和校准电阻的接口。该矩阵还可用于将多个电子测量套件多路复用到同一测量电极。

提供精密的 1.82 V 和 2.5 V 片内基准电压源。内部 ADC 和 DAC 电路使用该片内基准电压源，来确保这些外设的低漂移性能。

AD5940 测量模块可以通过经 SPI（串行外设接口）接口直接寄存器写入来进行控制，也可以通过使用预可编程时序控制器进行控制，该时序控制器可以自动控制 AFE 芯片。6 kB 静态随机存取存储器（SRAM）被分区为深入数据先进先出（FIFO）存储器和命令存储器。

测量命令存储在命令存储器中，测量结果存储在数据 FIFO 中。许多 FIFO 的相关中断可用于指示 FIFO 状态，即 FIFO 满和 FIFO 溢出。

提供 8 个通用输入/输出（GPIO），可使用 AFE 时序控制器进行控制，从而可对多个外部传感器套件进行周期精确控制。AD5940 采用 2.8 V 至 3.6 V 电源，额定温度范围为 -40°C 至 + 85°C。AD5940 采用 56引脚、3.6 mm × 4.2 mm WLCSP 封装。

方框图