发布时间:2025-11-13 10:14:55
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在工业传感、便携电子、精密检测等领域,μV~mV级微弱信号采集始终面临“高性能、低功耗、低设计复杂度”的矛盾。具体而言,传统分立器件方案需搭配PGA放大、滤波、ADC等多模块,这不仅导致信号链路冗长、噪声引入多,还推高了研发难度与BOM成本;而通用ADC芯片则难以同时满足高输入阻抗、低功耗与小体积的核心需求。
在工业传感、便携电子、精密检测等领域,μV~mV级微弱信号采集始终面临“高性能、低功耗、低设计复杂度”的矛盾。具体而言,传统分立器件方案需搭配PGA放大、滤波、ADC等多模块,这不仅导致信号链路冗长、噪声引入多,还推高了研发难度与BOM成本;而通用ADC芯片则难以同时满足高输入阻抗、低功耗与小体积的核心需求。
芯佰微 CBM12AD1X系列(含CBM12AD11单通道、CBM12AD12双通道)高集成度微弱信号采集ASIC芯片,依托独创CBM ADC™电荷平衡调制技术,以单芯片整合复杂模拟前端,无需额外PGA模块即可构建“传感器-数字域”的最短纯净信号链路,ASIC技术精准破解了传统方案在性能、功耗和成本之间的“不可能三角”难题。其核心突破在于通过电荷平衡调制原理,直接将μV级模拟信号转换为数字信号,跳过传统方案的“放大-滤波-转换”冗长链路,从源头解决噪声、功耗与体积的核心矛盾,为热电堆探测、低侧电流检测等场景提供“高性能+低功耗+高性价比”的一体化解决方案,助力客户缩短研发周期、快速实现产品上市。
l 核心架构方面,采用CBM ADC™微小信号直接转换技术,无需PGA与复杂多级放大链路,进而构建最短信号链路;单芯片集成两个主ADC(ADC0、ADC1)、两个FIFO区域(ADC0 FIFO、ADC1 FIFO)及一个测温ADC,系统计时时钟支持32kHz或256kHz的8分频。
l 关键参数:输出LSB仅2.5μV,信噪比(SNR)达84dB,二次谐波压制60dB、三次谐波压制70dB;ADC有效位数(ENOB)14位,满量程输入电压±82mV(差分);共模抑制比(CMRR)0V输入时达110dB,40mV输入时达91dB;电源抑制比(PSRR)0V输入时达120dB,38mV输入时达81dB。
l 核心功能方面,支持ADC失调校正(通过OFFSET_ADCx[15:0]寄存器)与数字增益调整(GAIN_ADCx[7:0]寄存器,调整范围1 - 128/1024至1 + 127/1024),并且芯片出厂已完成失调校正。
l 集成模块:单芯片整合模拟前端(含Sigma-Delta调制器SDM、CIC数字滤波器)、ADC核心、FIFO缓存、通讯接口与中断控制器,替代传统方案15~20个分立元件。
l 接口配置:提供I2C通信接口(最高1000Kbps,支持ADDR从机地址选择)和DOCI单线传输接口;SDA可复用为中断输出,支持转换完成中断和条件中断,可降低主控工作占空比;配备GPIO0、GPIO1用户操作界面输入输出引脚。
l 通道控制:CBM12AD11(单通道)默认仅开启ADC0,ADC1可通过寄存器ADC1_DIS关闭;CBM12AD12(双通道)默认ADC0、ADC1均开启,支持通过寄存器ADC0_DIS、ADC1_DIS独立控制其开关状态。
l 采样率配置:支持125Hz~1kHz高性能模式和最大8kHz高速模式,通过CLK_DIV[1:0](SDM时钟分频比)与SP_RATE[1:0](降采样率)组合配置,可实现125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz等多档数据速率。
l 滤波能力:内置CIC抽取滤波器,搭配可编程低通滤波器(截止频率1Hz~4kHz)与可编程高通滤波器(截止频率0.1Hz~100Hz),无需外围滤波电路;通道隔离度达120dB,有效避免多通道串扰。
l 阻抗特性:输入阻抗的可调范围为10GΩ~1.28TΩ,等效差分输入电容小于1.5pF,可有效减少高阻传感器的信号衰减及高频损耗。
l 功耗表现:待机模式电流低至2μA;1ksps采样率下,单通道连续工作电流40μA,双通道60μA;500sps采样率下,单通道30μA,双通道40μA;1ksps窗口采样模式电流仅9μA;工作电压覆盖2.2V~3.6V宽范围,兼容锂电池、线性电源等供电方式。
l 封装选项:采用尺寸为2mm×2mm的DFN-8封装(引脚间距0.5mm),兼容常规SMT贴片工艺;可提供裸片(尺寸为945μm×1390μm,PAD尺寸为60×60μm)。
l 环境耐受性:工作温度范围-40~85℃,存储温度-45~125℃,符合工业级标准;静电放电(HBM):ADC输入引脚1000V,其他IO引脚4000V;静电放电(CDM):所有引脚均为500V;符合RoHS标准,湿敏等级MSL3。
l 引脚防护:ADC输入电压范围-0.6~0.6V(共模到VSS),电源电压范围-0.3~3.6V(VDD至VSS),数字输入电压范围0~VDD(GPIO0/GPIO1)。
l I2C特性:总线负载支持30pF,外部上拉电阻≥800Ω,兼容主流MCU(STM32、PIC等)。
l DOCI接口参数:施密特触发低到高电压2.0V、高到低1.3V(VDD=3.3V);下拉电流41.1μA,上拉电流40.7μA,输入电容5pF;数据时钟低/高时间均≥3μs,数据位稳定时间≥1μs,串行接口中断时间128~1024ADC采样时钟。
l 数字IO性能:GPIO0/GPIO1内置上拉电阻(39~109KΩ),施密特触发阈值2.0V(低到高)、1.3V(高到低);数字输出低电平≤0.4V,高电平≥2.4V(VDD=3.3V),低电平输出电流最大28.1mA,高电平输出电流最大18.6mA。
热电堆探测器:适配热电堆传感器的微弱信号输出,采用单芯片设计简化产品小型化布局,低功耗特性支持便携设备长续航。
低侧电流检测:低功耗与宽输入范围特性适配微电流监控场景,I2C接口可快速对接主控,简化电路设计。
便携精密仪器:超小封装与高集成度特性满足空间需求,高精度指标确保测量数据准确性。