Neues Impedanz- und Potentiostat-AFE für biologische und chemische Sensoren

München, 11.06.2019.

Analog Devices kündigte 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 Sensormessungen und ist für den Einsatz in Always-on-Wearables ausgelegt. 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. Geeignet ist die Lösung für Anwendungen, in denen eine hochpräzise biologische und chemische Sensorik von missionskritischer Bedeutung ist (z. B. industrielle Gas-Sensorik, Flüssigkeitsanalysen, Vitalzeichen-Überwachung, Impedanzspektroskopie und Krankheitsmanagement).

AD5940

Der AD5940 ist ein leistungsfähiges und wenig Strom verbrauchendes Impedanz- und Elektrochemie-Frontend mit intelligenter, autonomer Steuerung. Das AFE bietet 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.

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-/Biopotenzial-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.

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 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 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. Quelle: Analog Devices GmbH

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