疾病管理和保健

ADuCM355是一款片内系统，可控制和测量电化学传感器和生物传感器。ADuCM355是一款基于Arm^® Cortex^™-M3处理器的超低功耗混合信号微控制器。该器件具有电流、电压和阻抗测量功能。

ADuCM355内置集成输入缓冲器的16位、400 kSPS多通道逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)、抗混叠滤波器(AAF)和可编程增益放大器(PGA)。电流输入包括三个具有可编程增益的跨导放大器(TIA)和用于测量不同传感器类型的负载电阻。模拟前端(AFE)还包含两个专门针对恒电势器能力而设计的低功耗放大器，使外部电化学传感器保持恒定的偏置电压。这两个放大器的同相输入由片内双通道输出数模转换器(DAC)进行控制。模拟输出包括高速DAC和用于产生交流信号的输出放大器。

ADC的转换速率最高可达400 kSPS，且具有−0.9 V至+0.9 V输入范围。ADC前面的输入复用器允许用户选择输入通道进行测量。这些输入通道包括三个外部电流输入、多个外部电压输入和内部通道。利用内部通道，可对内部电源电压、裸片温度和基准电压源进行诊断测量。

三个电压DAC中有两个是双通道输出、12位电阻串DAC。每个DAC的一个输出可控制恒电势器放大器的同相输入，另一个控制TIA的同相输入。

第三个DAC（有时被称为高速DAC）针对用于阻抗测量的高功率TIA而设计。此DAC的输出频率范围高达200 kHz。

提供1.82 V和2.5 V片内精密基准电压源。内部ADC和电压DAC电路采用此片内基准电压源，以确保外设均具有低漂移性能。

ADuCM355集成了一个26 MHz Arm Cortex-M3处理器，它是一款32位简化指令集计算机(RISC)。Arm Cortex-M3处理器还具有灵活的多通道直接存储器存储控制器(DMA)，支持两个独立的串行外设接口(SPI)端口、通用异步接收器/发射器(UART)和I²C通信外设。ADuCM355片内还集成128 kB非易失性闪存/EE存储器和64 kB单一随机存取存储器(SRAM)。

数字处理器子系统从26 MHz片内振荡器接收时钟信号。该振荡器是主数字芯片系统时钟源。或者，26 MHz锁相环(PLL)可以用作数字系统时钟。此时钟在内部进行细分，以便处理器在较低频率下工作并省电。该器件还内置一个低功耗、32 kHz振荡器，可给定时器提供时钟。ADuCM355包括3个通用定时器、1个唤醒定时器（可用作通用定时器）和1个系统看门狗定时器。

模拟子系统内置单独的16 MHz振荡器，用于为模拟芯片上的ADC、DAC和其他数字逻辑元件提供时钟源。该模拟芯片还包含单独的32 kHz、低功耗振荡器，用于为模拟芯片上的看门狗定时器提供时钟源。32 kHz振荡器和此看门狗均独立于数字芯片振荡器和系统看门狗定时器。

可根据具体应用要求配置多个通信外设。这些外设包括UART、I²C、两个SPI端口和通用输入/输出(GPIO)端口。这些GPIO与通用定时器相结合，可组合生成脉冲宽度调制(PWM)类输出。

支持通过串行线调试端口(SW-DP)接口进行非介入仿真和编程下载。

ADuCM355采用2.8 V至3.6 V电源供电，额定温度范围为-40°C至+85°C。该芯片提供72引脚、6 mm × 5 mm基板栅格阵列(LGA)封装。

请注意，在整篇数据手册中，多功能引脚（如P0.0/SPI0_CLK）由整个引脚名称或引脚的单个功能表示；例如P0.0即表示仅与此功能相关。

应用

• 气体探测
• 食品质量
• 环境检测（空气、水和土壤）
• 血糖仪
• 生命科学和生物感测分析
• 生物阻抗测量
• 通用安培检测法、伏安法和阻抗频谱分析功能

AD5940是一款高精度、低功耗模拟前端(AFE)，专为需要高精度、电化学测量技术的便携式应用而设计，如电流、伏安或阻抗测量。AD5940设计用于皮肤阻抗和人体阻抗测量，并配合完整生物电或生物电位测量系统中的AD8233 AFE使用。AD5940针对电化学有毒气体检测而设计。

AD5940包括两个高精度激励环路和一个通用测量通道，能够在测试下对传感器进行各种测量。第一个激励环路包括一个超低功耗、双通道输出串、数模转换器(DAC)和一个低功耗、低噪声恒电势器。该DAC的一个输出可控制恒电势器的同相输入，另一个输出控制跨阻放大器(TIA)的同相输入。该低功耗激励环路能够生成DC至200 Hz的信号。

第二个激励环路包括一个12位DAC，称为高速DAC。该DAC能够生成最高200 kHz的高频激励信号。

AD5940测量通道内置集成输入缓冲器的16位、800 kSPS多通道逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)、内置抗混叠滤波器和可编程增益放大器(PGA)。ADC前面的输入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、外部电压输入和内部通道。利用内部通道，可对内部电源电压、裸片温度和基准电压源进行诊断测量。

电流输入包括两个具有可编程增益的TIA和用于测量不同传感器类型的负载电阻。第一个TIA，称为低功耗TIA，可测量低带宽信号。第二个TIA，称为高速TIA，可测量高达200 kHz的高带宽信号。

超低泄漏、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。此矩阵提供一个接口，可用于连接外部RTIA和校准电阻。该矩阵还可用于将多个电子测量器件多路复用到相同的可穿戴设备电极。

提供精密1.82 V和2.5 V片内基准电压源。内部ADC和DAC电路采用此片内基准电压源，以确保1.82 V和2.5 V外设均具有低漂移性能。

AD5940测量模块可通过直接寄存器写入串行外设接口(SPI)或通过使用预编程的时序控制器（可自主控制AFE芯片）进行控制。6 kB的静态随机访问存储器(SRAM)划分为深度数据先进先出(FIFO)和命令FIFO。测量命令存储在命令FIFO中且测量结果存储在数据FIFO中。多个FIFO相关中断可用于指示FIFO何时写满。

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。

应用

• 电化学测量
• 电化学气体传感器
• 恒电势器/电流测量/伏安法/循环伏安法
• 生物阻抗应用
  • 皮肤阻抗
  • 人体阻抗
• 连续血糖监测
• 电池阻抗

ADPD4000/ADPD4001 可作为完整的多模式传感器前端运行，从而激励多达八个发光二极管 (LED) 并在多达八个单独的电流输入上测量返回信号。提供十二个时隙，每个采样周期支持 12 次单独的测量。

数据输出和功能配置采用 ADPD4101 上的 I²C 接口或 ADPD4100 上的串行端口接口 (SPI)。控制电路包括灵活的 LED 信号传递和同步检测功能。这些套件使用 1.8 V 模拟内核和 1.8 V/3.3 V 兼容数字输入/输出 (I/O)。

模拟前端 (AFE) 可抑制来自异步调制干扰导致的信号失调和破坏（通常由环境光所致），而无需使用光学滤波器或外部控制的直流消除电路。提供多种工作模式，可以将 ADPD4100/ADPD4101 用作光电二极管、生物电势电极、电阻、电容和温度传感器同步测量的传感器中心。多种操作模式可适应各种传感器测量，包括但不限于光体积变化描记图法 (PPG)、心电图 (ECG)、皮肤电活动 (EDA)、阻抗、电容、温度、气体检测、烟雾检测和气溶胶检测，以用于各种医疗健康 、工业和消费电子应用。

ADPD4100/ADPD4101 采用 3.11 mm × 2.14 mm 0.4 mm 间距 33 球 WLCSP 和 35 球 WLCSP 封装

应用

• 可穿戴健康和保健监护仪：心率监护仪 (HRM)、心率变异性 (HRV)、应力、血压估测、血氧饱和度 (SpO2)、水分、身体成份
• 工业监测：一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO2)、烟雾和气溶胶探测
• 家庭患者监护

AD8233是一款用于心电图(ECG)及其他生物电测量应用的集成信号调理模块。该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。该设计使得超低功耗模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器能够轻松地采集输出信号。

AD8233采用双极点高通滤波器来消除运动伪像和电极半电池电位。该滤波器与仪表放大器结构紧密耦合，可实现单级高增益及高通滤波，从而节约了空间和成本。

AD8233采用一个无使用约束运算放大器来创建一个三极点低通滤波器，消除了额外的噪声。用户可以通过选择所有滤波器的截止频率来满足不同类型应用的需要。

为了提高系统线路频率和其他不良干扰的共模抑制性能，AD8233内置一个右腿驱动(RLD)放大器，用于受驱电极应用。AD8233包含一项快速恢复功能，可以减少高通滤波器原本较长的建立长尾现象。如果放大器轨电压发生信号突变（如导联脱离情况），AD8233将自动调节为更高的滤波器截止状态。该功能让AD8233可以实现快速恢复，因而在导联连接至测量对象的电极之后能够尽快取得有效的测量值。

AD8233提供2 mm × 1.7 mm、20引脚WLCSP封装和150 μm薄裸片，适合高度受限的应用。额定温度范围为0°C至70°C，能在-40℃至+85℃的范围内工作。

应用

• 健身及运动心率监护仪
• 便携式ECG
• 可穿戴和远程健康监护仪
• 游戏外围设备
• 生物电信号采集，如EMG或EEG

ADXL362是一款超低功耗、3轴MEMS加速度计，输出数据速率为100 Hz时功耗低于2 μA，在运动触发唤醒模式下功耗为270 nA。与使用功率占空比来实现低功耗的加速度计不同，ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号；它采用全数据速率对传感器的整个带宽进行采样。

ADXL362通常提供12位输出分辨率；在较低分辨率足够时，还提供8位格式化数据以实现更高效的单字节传送。测量范围为±2 g、±4 g和±8 g，±2 g范围内的分辨率为1 mg/LSB。噪声电平要求低于ADXL362正常值550 μg/√Hz的应用可以从两个低噪声模式（典型值低至175 μg/√Hz）选择其一，电源电流增加极小。

除了超低功耗以外，ADXL362还具有许多特性来实现真正的系统级节能。该器件包含了一个深度多模式输出FIFO、一个内置微功耗温度传感器和几个运动检测模式，其中包括可调阙值的睡眠和唤醒工作模式，在该模式下测量速率为6Hz（大约值）时功耗低至270nA。如有需要，可在检测到运动时提供一个引脚输出来直接控制外部开关。此外，ADXL362还支持对采样时间和/或外部时钟进行外部控制。

ADXL362可以在1.6V至3.5V的宽电源电压范围内工作，并且必要时可以与采用独立低电源电压工作的主机接口。ADXL362采用3 mm × 3.25 mm × 1.06 mm封装。

应用

• 助听器
• 家庭医疗健康设备
• 运动使能节能开关
• 无线传感器
• 运动使能计量设备

通用串行总线(USB)正迅速成为大部分PC外设的标准接口。由于它具有出色的速度、灵活性，并且支持设备热插拔，因而正在取代RS-232和并行打印机端口。工业和医疗设备制造商也非常希望使用这种总线，但苦于没有很好的方式来为控制危险电压的机器连接或者医疗应用中的低泄漏防去颤连接提供必要的隔离，导致应用推广相当缓慢。

ADuM4160 提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设隔离缓冲器。需要解决的挑战包括：

1. 直接在USB D+和D−线路中隔离，以便使用微处理器中的现有USB基础架构。
2. 针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。
3. 提供医用级隔离。
4. 支持完整外设达到USB-IF认证标准。
5. 支持全速(12 Mbps)和低速(1.5 Mbps)信号速率。
6. 支持灵活的电源配置。

图1所示的电路隔离了一个支持USB接口的外设。由于本电路没有明确定义外设，因此隔离器副边的电源已作为解决方案的一部分提供。如果在外设的PCB上构建该电路，则电源可以从外设的离线电源、电池或者USB电缆总线电源获得，具体取决于应用需要。

这里所示的应用电路是许多医疗和工业应用的典型电路。

AD5933和AD5934是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，集片内可编程频率发生器与12位、1 MSPS（AD5933）或250 kSPS（AD5934）的模数转换器(ADC)于一身。可调频率发生器产生已知频率来激励外部复阻抗。

图1所示电路在低欧姆范围直至数百kΩ范围内产生精确的阻抗测量，同时还优化了AD5933/AD5934的整体精度。

图1中的电路是超低功耗数据采集系统，使用了AD7091R 12位、1 MSPS SAR ADC和 AD8031 运算放大器驱动器，电路的总功耗低于5 mW，采用3 V单电源供电。

所选器件的低功耗和小封装尺寸使得这种组合成为业界较领先的便携式电池供电系统解决方案，在这种系统中功耗、成本和尺寸极为关键。

当V_DD引脚为3 V时，AD7091R的电源电流典型值仅为350μA，远低于目前市场上的任何ADC竞争产品。这意味着典型功耗约为1 mW。

AD8031仅需800μA的电源电流，电源电压为3 V时的典型功耗为2.4 mW，在10 kHz模拟输入信号下以1 MSPS的速率进行采样时，系统总功耗低于5 mW。

图1所示电路是一个高速光电二极管信号调理电路，具有 暗电流补偿功能。系统转换来自高速硅PIN光电二极管的 电流，并驱动20 MSPS模数转换器(ADC)的输入。该器件组 合可提供400 nm至1050 nm的频谱敏感度和49 nA的光电流 敏感度、91 dB的动态范围以及2 MHz的带宽。信号调理电 路采用±5 V电源供电，功耗仅为40 mA，适合便携式高速、 高分辨率光强度应用，如脉搏血氧仪。

本电路还适合其它应用，如模拟光隔离器。它还能满足需 要更高带宽和更低分辨率的应用，如自适应速度控制系 统。

本电路笔记讨论图1中所示电路的优化设计步骤，以满足 特定带宽应用的要求，这些步骤包括：稳定性计算、噪声 分析和器件选择考虑因素。

图1中的电路采用16位、100 kSPS逐次逼近型模数转换器 (ADC)系统，集成驱动放大器，针对最高1 kHz输入信号和 100 kSPS采样速率、功耗低至7.35 mW的系统而优化。

通常，选择高性能逐次逼近型ADC的驱动放大器处理宽范 围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率 时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低 ADC功耗。

若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的优势， 则需要使用低带宽、低功耗放大器。

例如，推荐80 MHz的ADA4841-1 运算放大器(10 V时功耗为 12 mW)与AD7988-1 16位逐次逼近型寄存器(SAR) ADC(100 kSPS时功耗为0.7 mW)一同使用。包括ADR435 基准电压源 (7.5 V时功耗为4.65 mW)在内的总系统功耗在100 kSPS时为 17.35 mW。

对于最高1 kHz的输入带宽和100 kSPS的采样速率，AD8641 3 MHz运算放大器(10 V时功耗为2 mW)可提供出色的信噪 比(SNR)和总谐波失真(THD)性能，并且在100 kSPS时可将 总系统功耗从17.35 mW降低至7.35 mW，降幅达58%。

图1所示电路是一个完整的单电源、低噪声LED电流源驱动器，由一个16位数模转换器(DAC)控制。该系统的积分和差分非线性误差为±1 LSB，0.1 Hz至10 Hz噪声小于45 nA p-p，满量程输出电流为20 mA。

大多数轨到轨输入运算放大器都有交越非线性误差，其在16位系统中可能高达4到5个LSB，而这个创新的输出驱动放大器消除了这一误差

该业界较领先的解决方案非常适合于脉搏血氧仪应用，其中叠加于LED亮度水平上的1/f噪声会影响整体测量的精度。

采用5 V单电源供电时，三个有源器件的总功耗典型值小于20 mW。

图1中的电路是一个超低功耗、多通道数据采集系统，可采用光伏(PV)电池或热电发生器(TEG)供电。该电路采用业界功耗较低、多通道、12位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)AD7091R-5,以及基于升压调节器 ADP5090的高效能量采集电路。采样速率为22 kSPS时，ADC典型功耗为100 μW，电源为3 V。对于1 kHz输入信号而言，典型信噪比(SNR)为68 dB。

这些器件组合具有低功耗和小尺寸的特点，适合便携式低功耗应用，尤其适合可穿戴和自供电设备。