4-2019

Komponenten
Neues Impedanz- und Potentiostat-AFE für
biologische und chemische Sensoren
Analog Devices (ADI)
www.analog.com
Analog Devices kündigte heute
ein neues Elektrochemie- und
Impedanz-Mess-Frontend an, das
sich für die kommende Generation
von Vitalzeichen-Überwachungsgeräten
und intelligenten elektrochemischen
Sensoren eignet. Das
Analog Front End (AFE) des Typs
AD5940 enthält Potentiostat- und
EIS-Funktionalität (elektrochemische
Impedanzspektroskopie)
auf ein und demselben Chip und
ermöglicht damit Sensor-Messungen
im Zeit- und Frequenzbereich.
Der Baustein verfügt über
integrierte Hardwarebeschleuniger
für eine fortschrittliche Sensordiagnose,
bietet ein klassenbestes,
geringes Rauschen im Interesse
präziser Sensor messungen und ist
für den Einsatz in Always-on-Wearables
aus gelegt. Verglichen mit
traditionellen diskreten Lösungen,
die mit Einschränkungen behaftet
sind und mehrere ICs erfordern,
um dieselbe Performance
zu erreichen, bietet die Single-
Chip-Lösung von ADI Vorteile im
Hinblick auf die Systemgenauigkeit
und die Größen-Flexibilität zur
Messung von elektrochemischen
Sensoren mit 2, 3 oder 4 Anschlüssen.
Ideal geeignet ist die Lösung
für Anwendungen, in denen eine
hoch präzise biologische und chemische
Sensorik von missionskritischer
Bedeutung ist (z. B. industrielle
Gas-Sensorik, Flüssigkeitsanalysen,
Vitalzeichen-Überwachung,
Impedanzspektroskopie
und Krankheitsmanagement).
Impedanz- und
Elektrochemie-Frontend
AD5940
Der AD5940 ist das leistungsfähigste
und am wenigsten Strom
verbrauchende Impedanz- und
Elektrochemie-Frontend mit intelligenter,
autonomer Steuerung.
Das AFE bietet laut Hersteller
ein führendes Niveau bezüglich
des Integrationsgrads und
der Performance für das potentiostat-
und impedanzbasiertes
Management elektrochemischer
Sensoren. Der in den Chip integrierte
Potentiostat ermöglicht
eine Vielzahl standardmäßiger
elektrochemischer Messtechniken
wie etwa amperometrische,
voltametrische oder impedanzbasierte
Messungen.
Einsatz in Bioimpedanz-
Systemen
Der AD5940 ist für den Einsatz
in Bioimpedanz-Systemen
für das Gesundheitswesen ausgelegt,
bei denen die Haut- und
Körperimpedanz gemessen wird,
und eignet sich auch für die Verwendung
zusammen mit dem AFE
des Typs AD8233 in einem kombinierten
Bioelektrik-/Bio potenzial-
Messsystem.
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
äußerst wenig Strom verbrauchende
Potentiostat nimmt im
Biased-Modus nur 6,5 µA auf.
Mehrkanalige SAR-ADC
Der Messkanal des AD5940
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 aus wählen lässt. Bei
den verschiedenen Eingangskanälen
kann es sich um mehrere
externe Strom- und Spannungseingänge
sowie interne Spannungs-Kanäle
handeln. Die internen
Kanäle ermöglichen chipinterne
Diagnose-Messungen
der internen Versorgungsspannungen,
der Chiptemperatur und
der Referenz spannungen.
Einfach zu steuern
Steuern lassen sich die Messblöcke
des AD5940 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.
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meditronic-journal 4/2019
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