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Analog Front End AD5940: Potentiostat- und EIS-Funktionalität auf einem Chip

Der AD5940 von Analog Devices ist für den Einsatz in Bioimpedanz-Systemen ausgelegt, bei denen die Haut- und Körperimpedanz gemessen wird. Das Analog Front End enthält Potentiostat- und EIS-Funktionalität auf einem Chip und ermöglicht so Messungen im Zeit- und Frequenzbereich.

Smart Watches werden – anders als beispielsweise Hörgeräte – über die Daumenkraft kontrolliert. Bildquelle: © Pixabay

Das AFE eignet sich unter anderem für den Einsatz in Wearables.

Der Baustein verfügt über integrierte Hardwarebeschleuniger, bietet ein geringes Rauschen und ist für den Einsatz in Always-on-Wearables ausgelegt.Die Single-Chip-Lösung bietet laut Hersteller Vorteile im Hinblick auf die Systemgenauigkeit und die Größen-Flexibilität zur Messung von elektrochemischen Sensoren mit 2, 3 oder 4 Anschlüssen. Der Baustein eignet sich für Anwendungen, in denen eine hochpräzise biologische und chemische Sensorik von missionskritischer Bedeutung ist, zum Beispiel industrielle Gas-Sensorik, Flüssigkeitsanalysen, Vitalzeichen-Überwachung, Impedanzspektroskopie und Krankheitsmanagement.

Der AFE-Chip kann Spannungen, Ströme und Impedanzen messen. Er besteht aus zwei Potentiostat-Schleifen, einer schmalbandigen Schleife mit der Fähigkeit zur Erzeugung von AC-Signalen bis 200 Hz und einer breitbandigen Schleife, die AC-Signale mit Frequenzen bis 200 kHz erzeugen kann. Der stromsparende Potentiostat nimmt im Biased-Modus nur 6,5 µA auf.

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Der Messkanal enthält einen mehrkanaligen SAR-ADC (A/D-Wandler mit Successive Approximation Register) mit 16 Bit Auflösung und 800 kSPS mit Eingangspuffern, ergänzt durch einen eingebauten Anti-Alias-Filter (AAF) und einen Programmable Gain Amplifier (PGA). Der Eingangsspannungsbereich des ADC beträgt ±1,35 V. Dem ADC vorgeschaltet ist ein Eingangs-Multiplexer, mit dem sich der gewünschte Eingangskanal für die Messung auswählen lässt. Bei den verschiedenen Eingangskanälen kann es sich um mehrere externe Strom- und Spannungseingänge sowie interne Spannungs-Kanäle handeln. Die internen Kanäle ermöglichen chip-interne Diagnose-Messungen der internen Versorgungsspannungen, der Chiptemperatur und der Referenzspannungen.

Steuern lassen sich die Messblöcke durch direkte Registerschreibzugriffe über das SPI-Interface (Serial Peripheral Interface) oder alternativ mithilfe eines vorprogrammierbaren Sequencers, der eine autonome Steuerung des AFE-Chips erlaubt. Insgesamt 6 KB SRAM-Speicher sind in ein tiefes Daten-FIFO (First In, First Out) und einen Befehlsspeicher untergliedert. Die Messbefehle werden im Befehlsspeicher abgelegt, die Messergebnisse dagegen im Daten-FIFO. Verschiedene FIFO-spezifische stehen Interrupts zur Verfügung, um den Status des FIFO zu signalisieren. (me)