Einführung in Analoge Front-End ICs (AFE)
NA2202 / NA2203 / NA2204 AFE ICs für hochpräzise Messungen
Die NA2202, NA2203 und NA2204 sind eine neue Familie hochpräziser AFE-ICs, die einen programmierbaren Verstärker mit breitem Eingangsbereich mit einem hochauflösenden Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler (ΔΣ-ADC) kombinieren. Die für den Einsatz mit einer Vielzahl von Industrie- und Verbrauchersensoren optimierten Bausteine vereinfachen die Präzisionsmessung in Anwendungen wie Temperaturreglern, Drucksensoren, Durchflussmessern, SPS und digitalen Panel-Messgeräten.
Die drei AFEs verfügen über dieselbe Architektur und ein pin-kompatibles 4,0 × 4,0 mm QFN4040-24-NB-Gehäuse, bieten jedoch eine Auswahl an Auflösungen von 16, 20 und 24 Bit für NA2202, NA2203 und NA2204. Auf diese Weise ist es möglich, eine Leiterplatte für drei verschiedene Auflösungsversionen der Anwendung effizient zu entwerfen. Die Bausteine integrieren CMOS-Analogschaltungen, die mit einer einzigen Stromversorgung von +2,7 bis +5,5 V oder einer bipolaren Stromversorgung von +2,5 V / -2,5 V betrieben werden können.
Die digitale Schnittstelle verfügt über einen integrierten Pegelumsetzer, wodurch sich die Produktfamilie gut für den Anschluss an Systeme mit 5-V-Mikrocontrollern eignet. Am Frontend verfügen die Bausteine über zwei programmierbare Verstärker, die kaskadiert werden können, wodurch eine Gesamtverstärkung von bis zu 128 V/V mit den internen PGA-Stufen und bis zu 512× in Kombination als Teil der vollständigen AFE-Signalkette erreicht werden kann.
Über einen integrierten Multiplexer stehen vier differentielle oder acht single-ended Eingangskanäle zur Verfügung, sodass mehrere Sensoren, wie Thermoelemente, RTDs, brückenartige Drucksensoren und Thermistoren, an einen einzigen IC angeschlossen werden können. Die Fähigkeit zur Aufnahme negativer Spannungen nahe dem Erdpotential verbessert die Messgenauigkeit für Sensorsignale mit niedrigem Pegel zusätzlich. Entwickler können Oversampling-Verhältnisse und spezielle 50/60-Hz-Unterdrückungsmodi auswählen, um Netzstörungen ohne externe Filterung zu unterdrücken. Die Genauigkeit auf Systemebene wird durch eine integrierte Kalibrierung für Offset- und Verstärkungsdrift sowie durch eine präzise 2,048-V-Spannungsreferenz und einen integrierten 1,2288-MHz-Oszillator verbessert, wodurch keine zusätzlichen externen Komponenten erforderlich sind.
Die Leistung und der Stromverbrauch können durch mehrere Betriebsmodi eingestellt werden:
- Normalmodus, Konvertierungsgeschwindigkeit + Stromverbrauch betragen 100 %
- Energiesparmodus, Konvertierungsgeschwindigkeit + Stromverbrauch auf 25 % reduziert
- Schlafmodus, alle Schaltungen sind ausgeschaltet, mit Ausnahme der Bias- und REG-Schaltungen
- Standby-Modus, alle Schaltungen sind ausgeschaltet und der Stromverbrauch auf 0,1 μA oder weniger reduziert.
Diese Modi werden durch einen flexiblen Erregerstrom-Block ergänzt, der zwei aufeinander abgestimmte Stromquellen bietet, die jeweils auf 0,1, 0,25, 0,5 oder 1,0 mA programmierbar sind und RTDs und andere Widerstandssensoren mit minimaler externer Schaltung vorsteuern können.
Der robuste Betrieb in störungsbehafteten Industrieumgebungen wird durch eine SPI-Schnittstelle mit wählbarer CRC8- oder Prüfsummen-basierter Kommunikationsfehlererkennung sowie durch integrierte Diagnose-Stromquellen zur Erkennung von Sensor- oder Leitungsunterbrechungen unterstützt. Der weite Umgebungstemperaturbereich von −40 bis +125 °C gewährleistet eine zuverlässige Leistung unter rauen Umgebungsbedingungen.
NJU9101 AFE mit geringem Stromverbrauch für intelligente Sensoranwendungen
Der NJU9101 ist ein hochintegrierter AFE-IC mit geringem Stromverbrauch, der entwickelt wurde, um die präzise Signalaufbereitung in Mikro-Leistungsmessanwendungen, insbesondere in elektrochemischen Gas- und Biosensoren, zu vereinfachen. Der NJU9101 bildet eine vollständige Signalverarbeitungsbrücke zwischen analogen Sensoren und einem Mikrocontroller und ermöglicht so kompakte, batteriebetriebene Smart-Sensor-Module, die über längere Zeiträume im Feld betrieben werden können.
Der NJU9101 integriert zwei Operationsverstärker mit geringem Stromverbrauch, einen hochauflösenden 16-Bit-ADC mit programmierbarer Verstärkung und Datenraten von 32 bis 2.000 Abtastungen pro Sekunde sowie umfangreiche digitale Kalibrierungsfunktionen in einem einzigen 4 × 4 mm großen EQFN-24-LE-Gehäuse. Er wird mit einer Spannung von 2,4 V bis 3,6 V betrieben und zeichnet sich durch typische Betriebsströme von nur 4 µA für jeden Operationsverstärker und 150 µA für den ADC aus. Das Gerät ermöglicht Systementwicklern einen Gesamtdurchschnittsstrom von etwa 5 µA und einen extrem niedrigen Standby-Zustand von etwa 0,5 µA mit flexibler Stromabschaltung auf Blockebene.
Am analogen Frontend können die beiden Präzisionsverstärker als Potentiostat- und Transimpedanzstufen konfiguriert werden und bilden so den Kern einer elektrochemischen Gassensor-Signalkette. Die Verstärker bieten ein geringes Eingangsrauschen von typischerweise 1,3 µVpp von 0,1 Hz bis 10 Hz und eine maximale Eingangs-Offset-Spannung von 300 µV, wodurch eine genaue Messung kleiner Sensorströme auch in anspruchsvollen Umgebungen gewährleistet ist. Ein integriertes HF-immunes Verstärkerdesign erhöht die Robustheit in Systemen, die sich in der Nähe von Funk-Transceivern und anderen HF-Quellen befinden, zusätzlich.
Für maximale Flexibilität über verschiedene Sensorplattformen hinweg bietet der NJU9101 eine programmierbare Erzeugung von Vorspannungen (Bias-Spannungen) für eine Mess- oder Sensorzelle und eine breitbandige Verstärkungsregelung. Der OPA-Kanal unterstützt Vorspannungen von 0,3 V bis 1,7 V in sieben Stufen, während der OPB-Kanal in Schritten von 50 mV von 0,25 V bis 1,75 V eingestellt werden kann, was eine feine Steuerung der Sensorvorspannungsbedingungen ermöglicht.
Das hochpräzise ADC-Subsystem wird durch eine interne Referenzspannung von 2,048 V oder eine externe Referenzoption unterstützt und umfasst wählbare Dezimationsfaktoren und Filtermodi für die Unterdrückung von Netzfrequenzen von 50 Hz / 60 Hz. Integrierte Chopping- und Kalibrierungsfunktionen korrigieren Verstärkung, Offset und Temperaturdrift, und ein eingebauter Temperatursensor steht für die Kompensation von Umwelteinflüssen zur Verfügung. Die Kalibrierungs-Engine des Bauelements kann auch Temperaturdaten von einem externen Sensor über die digitale Schnittstelle empfangen, sodass Benutzer Algorithmen auf Systemebene implementieren und gleichzeitig die interne Korrekturarchitektur nutzen können.
Der NJU9101 verfügt über zwei Arten von I²C-Bussen, von denen einer für die Kommunikation mit der Host-MCU reserviert ist, während der andere als I²C-Master für einen externen EEPROM fungieren kann, der beim Start automatisch Konfigurationsdaten lädt, um „Plug-and-Play”-Sensormodule zu unterstützen und die Markteinführungszeit für Produktvarianten zu verkürzen.
Mit einem Betriebstemperaturbereich von –40 bis +85 °C eignet sich der NJU9101 gleichermaßen für tragbare und industrielle Geräte. Zu den Zielanwendungen gehören tragbare und stationäre Gasmonitore, Blutzuckermessgeräte, Strommesslösungen mit geringem Stromverbrauch, photodiodenbasierte Instrumente und eine Vielzahl kompakter IoT-Sensorknoten, bei denen eine lange Batterielebensdauer, hohe Präzision und robuste HF-Störfestigkeit entscheidend sind.
NA2201, NJU9102, NJU9102A Digitale Fehlerstrom-Detektor-ICs
Der NA2201 ist ein hochmoderner CMOS-basierter digitaler Detektor-IC, der speziell für den Einsatz in Fehlerstromschutzschaltern entwickelt wurde. Eine seiner herausragenden Eigenschaften ist die wählbare Fehlerstromerkennung, die sowohl Typ AC (für einfache Lasten ohne Elektronik) als auch Typ A unterstützt. Da der IC sogar Gleichstrom erkennen kann, bietet er eine zusätzliche Sicherheitsebene, die besonders für die Stromversorgung moderner Anwendungen mit Elektronik wie Mode-3-Ladegeräten für Elektrofahrzeuge, Heimakkus, Waschmaschinen, Computern usw. empfohlen wird.
Darüber hinaus verfügt er über eine Überspannungserkennungsfunktion, die auch den Schutz vor offenen Phasen des Neutralleiters umfasst, was ihn zu einer umfassenden Lösung für die Erkennung elektrischer Fehler macht. Der Detektor-IC ist mit individuellen Zeitverzögerungseinstellungen für die Fehlerstrom- und Überspannungserkennung ausgestattet, die mit externen Kondensatoren angepasst werden können. Diese Flexibilität ermöglicht eine präzise Abstimmung der Verzögerungseinstellungen auf die spezifischen Anwendungsanforderungen.
Die tatsächlichen Messungen werden von einem Nullphasen-Stromwandler (Zero-Phase-Sequence Current Transformer ZCT) durchgeführt, der ein Signal an den integrierten hochpräzisen 14-Bit-ADC liefert, der analoge Signale in digitale Daten umwandelt. Diese Daten werden dann verarbeitet, um festzustellen, ob ein Erdschluss vorliegt, woraufhin ein externer Thyristor aktiviert wird, um die Stromversorgung über einen elektromechanischen Schalter zu unterbrechen.
Verschiedene Optionen für den Betrieb und Sicherheitsfunktionen werden über drei Auswahlpins eingestellt, was zu maximal 8 verschiedenen Konfigurationen führt, darunter eine Option zur 5-fach-Auslösepunkt-Erkennung für eine sofortige Reaktion auf Fehlerströme hoher Stärke, da hier die Gefahr eines schwereren Stromschlags besteht. Eine reguläre 1-fach-Auslösepunkt-Erkennung reagiert mit einer Verzögerungszeit.
Die NJU9102 / NJU9102A sind im Wesentlichen ähnliche Erkennungs-ICs wie der NA2201 und unterstützen sowohl Typ AC- als auch Typ A-Bedingungen, verfügen jedoch nicht über eine Gleichstrom- und Überspannungserkennung. Der Unterschied zwischen den Versionen NJU9102 / NJU9102A besteht jeweils in der Option mit oder ohne 5-facher Auslösepunktfunktion.
Nisshinbo Micro Devices
Die Grundlagen des Unternehmens reichen bis ins Jahr 1959 zurück, sodass wir auf eine lange Geschichte an Know-how und Erfahrung in der Entwicklung elektronischer Geräte zurückblicken können, von Strom- und Batteriemanagement über Operationsverstärker und HF-ICs bis hin zu Mikrowellengeräten und High-End-Audio-ICs für eine Vielzahl von Anwendungen. Ausführliche Informationen finden Sie in unserem Portfoliokatalog auf unserer Website, der Tausende von Produkten umfasst, von denen viele unsere patentierte Technologie nutzen. Wir sind zuversichtlich, dass wir passende Lösungen für Ihr nächstes neues Produktdesign haben, egal ob es sich um eine Anwendung für Verbraucher, Industrie oder Automobil handelt, wir haben alles im Angebot.
Zuverlässiger Lieferant
Nisshinbo Micro Devices betreibt eigene Produktionsstätten, die sich hauptsächlich in Japan befinden. Dadurch können wir die gesamte Produktionskette kontrollieren und eine zuverlässige Beschaffung ohne Lieferrisiken aufgrund geopolitischer Probleme gewährleisten. Darüber hinaus stärkt unser Product Longevity Program das Vertrauen der Käufer, da eine Auswahl von Produkten garantiert mindestens 10 Jahre lang verfügbar ist.