概述
ADuCM356是一款片內(nèi)系統(tǒng)，可控制和測量電化學(xué)傳感器和生物傳感器。ADuCM356是一款基于Arm^?^ Cortex ^?^ -M3處理器的超低功耗混合信號微控制器。該器件具有電流、電壓和阻抗測量功能。

ADuCM356內(nèi)置集成輸入緩沖器的16位、400 kSPS多通道逐次逼近寄存器(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、抗混疊濾波器(AAF)和可編程增益放大器(PGA)。電流輸入包括三個(gè)具有可編程增益的跨阻放大器(TIA)和用于測量不同傳感器類型的負(fù)載電阻。模擬前端(AFE)還包含兩個(gè)專門針對恒電勢器能力而設(shè)計(jì)的低功耗放大器，使外部電化學(xué)傳感器保持恒定的偏置電壓。這兩個(gè)放大器的同相輸入由片內(nèi)雙通道輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)進(jìn)行控制。模擬輸出包括高速DAC和用于產(chǎn)生交流信號的輸出放大器。
數(shù)據(jù)表：*附件：ADUCM356集成化學(xué)傳感器接口的精密模擬微控制器技術(shù)手冊.pdf

ADC的轉(zhuǎn)換速率最高可達(dá)400 kSPS，且具有?0.9 V至+0.9 V輸入范圍。ADC前面的輸入復(fù)用器允許用戶選擇輸入通道進(jìn)行測量。這些輸入通道包括三個(gè)外部電流輸入、多個(gè)外部電壓輸入和內(nèi)部通道。利用內(nèi)部通道，可對內(nèi)部電源電壓、裸片溫度和基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行診斷測量。

三個(gè)電壓DAC中有兩個(gè)是雙通道輸出、12位電阻串DAC。每個(gè)DAC的一個(gè)輸出可控制恒電勢器放大器的同相輸入，另一個(gè)控制TIA的同相輸入。

第三個(gè)DAC（有時(shí)被稱為高速DAC）針對用于阻抗測量的高功率TIA而設(shè)計(jì)。此DAC的輸出頻率范圍高達(dá)200 kHz。

提供1.82 V和2.5 V片內(nèi)精密基準(zhǔn)電壓源。內(nèi)部ADC和電壓DAC電路采用此片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源，以確保所有外設(shè)均具有低漂移性能。

ADuCM356集成了一個(gè)26 MHz Arm Cortex-M3處理器，它是一款32位簡化指令集計(jì)算機(jī)(RISC)。

Arm Cortex-M3處理器還具有靈活的多通道直接存儲(chǔ)器存儲(chǔ)控制器(DMA)，支持兩個(gè)獨(dú)立的串行外設(shè)接口(SPI)端口、通用異步接收器/發(fā)射器(UART)和I^2^C通信外設(shè)。ADuCM356片內(nèi)還集成256 kB非易失性閃存/EE存儲(chǔ)器和64 kB單一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)。

數(shù)字處理器子系統(tǒng)從26 MHz片內(nèi)振蕩器接收時(shí)鐘信號。該振蕩器是主數(shù)字芯片系統(tǒng)時(shí)鐘源。或者，26 MHz鎖相環(huán)(PLL)可以用作數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘。此時(shí)鐘在內(nèi)部進(jìn)行細(xì)分，以便處理器在較低頻率下工作并省電。該器件還內(nèi)置一個(gè)低功耗、32 kHz振蕩器，可給定時(shí)器提供時(shí)鐘。ADuCM356包括3個(gè)通用定時(shí)器、1個(gè)喚醒定時(shí)器（可用作通用定時(shí)器）和1個(gè)系統(tǒng)看門狗定時(shí)器。

模擬子系統(tǒng)內(nèi)置單獨(dú)的16 MHz振蕩器，用于為模擬芯片上的ADC、DAC和其他數(shù)字邏輯元件提供時(shí)鐘源。該模擬芯片還包含單獨(dú)的32 kHz、低功耗振蕩器，用于為模擬芯片上的看門狗定時(shí)器提供時(shí)鐘源。32 kHz振蕩器和此看門狗均獨(dú)立于數(shù)字芯片振蕩器和系統(tǒng)看門狗定時(shí)器。

可根據(jù)具體應(yīng)用要求配置多個(gè)通信外設(shè)。這些外設(shè)包括UART、I^2^C、兩個(gè)SPI端口和通用輸入/輸出(GPIO)端口。這些GPIO與通用定時(shí)器相結(jié)合，可組合生成脈沖寬度調(diào)制(PWM)類輸出。

支持通過串行線調(diào)試端口(SW-DP)接口進(jìn)行非介入仿真和編程下載。

ADuCM356采用2.8 V至3.6 V電源供電，額定溫度范圍為-40°C至+85°C。該芯片提供72引腳、6 mm × 5 mm基板柵格陣列(LGA)封裝。

應(yīng)用

• 氣體探測
• 食品質(zhì)量
• 環(huán)境檢測（空氣、水和土壤）
• 血糖儀
• 生命科學(xué)和生物感測分析
• 生物阻抗測量
• 通用安培檢測法、伏安法和阻抗頻譜分析功能

特性

• 模擬輸入/輸出
  • 16位、400 kSPS ADC
  • 電壓、電流和阻抗測量能力
  • 內(nèi)部和外部電流和電壓通道
  • 超低泄漏開關(guān)矩陣和輸入多路復(fù)用器
  • 輸入緩沖器、PGA
• 電壓DACs
  • 兩個(gè)雙通道輸出電壓DAC
    • 輸出范圍：12位輸出范圍：0.2 V至2.4 V（±2.2 V傳感器電壓電位）
  • 兩個(gè)偏置恒電勢器和TIA放大器
    • 超低功耗，每個(gè)放大器1 μA
  • 1個(gè)高速12位電壓DAC
    • 傳感器輸出范圍至：-607 mV至+607 mV
    • 用于阻抗測量的高速TIA
    • 輸出上的可編程增益放大器
• 放大器、加速器和基準(zhǔn)電壓源
  • 兩個(gè)低功耗、低噪聲放大器
    • 適合電化學(xué)檢測中的恒電勢器偏置
  • 兩個(gè)低功耗、低噪聲TIA
    • 適合測量傳感器電流輸出（±0.00005 μA至±3000 μA范圍）
    • 可編程負(fù)載和增益電阻
  • 模擬硬件加速器
    • 數(shù)字波形發(fā)生器（參考ADuCM356硬件參考手冊）
    • DFT和數(shù)字濾波器
  • 2.5 V和1.82 V片內(nèi)精密基準(zhǔn)電壓源
• 內(nèi)部溫度傳感器，±2°C精度
  • 阻抗測量范圍：<1 Ω至10 MΩ，0.016 Hz至200,000 Hz
• 伏安法掃描速率可達(dá)每秒2000步進(jìn)
• 微控制器
  • 26 MHz Arm Cortex-M3處理器
  • 串行線端口支持代碼下載和調(diào)試
  • 256 kB閃存/64 kB SRAM
• 安保和安全性
  • 內(nèi)置可編程多項(xiàng)式發(fā)生器的硬件循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)（參考ADuCM356硬件參考手冊）
  • 用戶閃存的讀寫保護(hù)h
• 片內(nèi)外設(shè)
  • UART、I^2^C和SPI串行輸入/輸出
  • 最多17個(gè)GPIO引腳
    • 外部中斷選項(xiàng)
  • 通用、喚醒和看門狗定時(shí)器
• 電源
  • 2.8 V至3.6 V電源和主動(dòng)測量范圍
  • 電源監(jiān)控器
  • 工作功耗：數(shù)字部分：30 μA/MHz
  • 外部傳感器休眠偏置：8.5 μA
  • 不保留SRAM的關(guān)斷模式：2 μA
• 封裝和溫度范圍
  • 6 mm × 5 mm、72引腳LGA封裝
  • 額定工作溫度范圍：-40℃至+85℃

簡化功能框圖

功能框圖

時(shí)序圖

引腳配置描述

典型性能特征

應(yīng)用信息

推薦電路及元件參數(shù)值

圖19展示了ADuCM356所需的推薦外部元件。

有兩組引腳：DVDD_AD和DVDD。在每組引腳旁盡可能近地放置一個(gè)0.1 μF的電容進(jìn)行去耦。同樣，在模擬電源引腳AVDD和AVDD_DD旁，也分別盡可能近地放置一個(gè)4.7 μF電容，在每個(gè)引腳旁再放置一個(gè)0.1 μF電容。

ADuCM356包含三個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器。這些穩(wěn)壓器各自需要外部去耦電容。數(shù)字穩(wěn)壓器引腳為DVDD_REG和DVDD_REG_AD。每個(gè)引腳需一個(gè)0.47 μF電容接地。AVDD_REG模擬穩(wěn)壓器需要一個(gè)0.47 μF電容去耦。如果有獨(dú)立的接地層，該電容應(yīng)連接到獨(dú)立接地層。

ADuCM356的數(shù)字芯片上有一個(gè)可選的直流 - 直流轉(zhuǎn)換器（降壓轉(zhuǎn)換器），啟用后可節(jié)能。未使用時(shí)，VDCDC_CAP1N、VDCDC_CAP1P、VDCDC_CAP2N、VDCDC_CAP2P和VDCDC_CAPOUT引腳應(yīng)保持?jǐn)嚅_。若使用直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，需在VDCDC_CAP1N與VDCDC_CAP1P之間以及VDCDC_CAP2N與VDCDC_CAP2P之間連接一個(gè)100 nF電容。VDCDC_CAPOUT引腳需一個(gè)0.47 μF電容連接到數(shù)字地，以實(shí)現(xiàn)直流 - 直流轉(zhuǎn)換器的去耦。

有三個(gè)內(nèi)部參考電壓需要外部電容來確保穩(wěn)定性。通過0.47 μF電容將ADCVBias、CAP和VREF_2.5V引腳連接到地。在VREF_1.8引腳和地之間連接一個(gè)4.7 μF電容。

出于校準(zhǔn)目的，建議在RCAL_0和RCAL_1引腳之間連接一個(gè)外部精密電阻。通常，此電阻為2000 Ω，這樣能實(shí)現(xiàn)高精度校準(zhǔn)。低溫度系數(shù)（≤10 ppm/°C）和0.1%或更高的精度可實(shí)現(xiàn)最精確的系統(tǒng)校準(zhǔn)。

圖19展示了ADuCM356與一個(gè)外部三引腳電化學(xué)氣體傳感器連接的電路。出于電磁兼容性（EMC，輻射抗擾度）考慮，建議為每個(gè)傳感器引腳連接一個(gè)接地電容。通常，推薦電容值在22 pF到30 pF之間。在傳感器的CEx引腳與ADuCM356的CAP_POT0引腳之間使用一個(gè)100 nF電容。同樣，如果使用ADuCM356通道1恒電位儀，建議在傳感器的CEx引腳與ADuCM356的CAP_POT1引腳之間連接一個(gè)100 nF電容。

每個(gè)低功耗跨阻放大器（TIA）的輸出都有一個(gè)可編程低通濾波器。電阻是內(nèi)置且可編程的，每個(gè)低通濾波器的電容是外部的。連接到AINT4_LPFO引腳與地之間的電容用于TIA0，連接到AINT7_LPF1引腳與地之間的電容用于TIA1。低功耗TIA需要在其反相輸入和輸出端之間連接一個(gè)100 nF電容，以確保穩(wěn)定性。對于低功耗TIA 0，電容連接在RC0_0引腳和RC0_1引腳之間。如果使用低功耗TIA 1通道，電容連接在RC1_0引腳和RC1_1引腳之間。

如果使用低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），每個(gè)輸出（VBias0、VZERO0、VBias1和VZERO1）都需要一個(gè)100 nF電容接地。

圖18. 高速環(huán)路連接到外部傳感器（R1至R3），C1至C3代表總外部電容