ADI, 새로운 임피던스 및 정전위기 아날로그 프런트엔드 출시

  • 2019-05-29
  • 박종배 기자, jbpark@elec4.co.kr

포텐시오스탯과 전기화학 임피던스 분광기 두 가지 기능 단일 칩에 통합
시간 영역과 주파수 영역 모두에서 센서 측정 가능


아나로그디바이스(지사장 홍사곽)는 차세대 생체 신호 모니터링 장비와 지능형 전기화학 센서 개발을 위한 전기화학 및 임피던스 측정 프런트엔드 신제품을 출시한다고 밝혔다.



AD5940 아날로그 프런트엔드(AFE) 신제품은 정전위기, 즉 포텐시오스탯(potentiostat)과 전기화학 임피던스 분광기(EIS)의 두 가지 기능을 모두 단일 칩에 통합함으로써, 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 센서 측정이 가능하게 해준다.

이 디바이스는 첨단 센서 진단 기능을 위한 하드웨어 가속기를 통합하고 있고, 정확한 센서 측정을 위한 업계 선도적인 낮은 잡음 수준을 제공하며, ‘올웨이즈-온’ 웨어러블 애플리케이션 용으로 매우 적합하다.

이와 비슷한 성능을 달성하기 위해서는 여러 개의 IC들을 사용해야 하거나, 여러가지 제약도 따르던 기존의 디스크리트 솔루션과 비교할 때, ADI의 새로운 싱글 칩 솔루션은 2핀, 3핀, 4핀 전기화학 센서 측정을 위한 시스템의 정확도와 크기 유연성 면에서 많은 이점들을 제공한다.

이 신제품은 예컨대 산업용 가스 감지, 액체 분석, 재료 감지, 생체신호 모니터링, 임피던스 분광, 질병관리 같은 고정밀 생물학적, 화학적 센싱이 핵심인 애플리케이션에 매우 이상적인 솔루션을 제공한다. 

AD5940의 주요 특징

AD5940은 지능형 자율 제어 기능을 갖춘 최저 소비전력, 최고 성능 특성의 임피던스 및 전기화학 프런트엔드 제품이다. 이 아날로그 프런트엔드 제품은 포텐시오스탯과 임피던스 기반 전기화학 센서 관리를 위한 업계 최고의 통합 수준과 성능을 갖췄다. 이 온칩 포텐시오스탯은 전류와 전위차 또는 임피던스 측정과 같은 일련의 표준 전기화학 기반 측정 기법을 활용할 수 있게 해준다.

AD5940은 피부 임피던스와 인체 임피던스 측정 둘 다를 위한 헬스케어 관련 바이오 임피던스 시스템에 사용될 수 있게 설계됐으며, 생체전기/생체전위 측정 시스템에서 AD8233 AFE와 함께 사용될 수 있다.

새로운 아날로그 프런트엔드 칩은 전압, 전류, 임피던스 측정이 가능하다. 이 디바이스는 2개의 포텐시오스탯 루프를 구성한다. 하나는 최고 200Hz의 AC 신호 발생이 가능한 저대역폭 루프이고, 다른 하나는 최고 200kHz의 AC 신호 발생이 가능한 고대역폭 루프이다. 이 초저전력 정전위기는 바이어스 모드에서 6.5µA를 소비한다.

AD5940 측정 채널은 입력 버퍼와 내장형 AAF(anti-alias filter), 그리고 PGA(programmable gain amplifier)를 지원하는 16bit, 800kSPS, 멀티채널 SAR ADC가 특징이다. 이 ADC의 입력 전압 범위는 ±1.35V이다. ADC 앞 단에는 입력 MUX가 있어서 사용자는 측정을 위한 입력 채널을 선택할 수 있다.

이러한 입력 채널에는 여러 개의 외부 전류 및 전압 입력과 내부 전압 채널들이 포함된다. 이들 내부 채널들을 활용하면 내부 공급 전압, 다이 온도, 레퍼런스 전압에 대한 온칩 진단 측정이 가능하다.

AD5940 측정 블록들은 SPI(serial peripheral interface) 인터페이스를 이용한 다이렉트 레지스터 작성을 통해서 제어할 수 있으며, 다른 방법으로는 사전 프로그래밍이 가능한 시퀀서를 이용하면 이 AFE 칩에 대한 자율 제어가 가능하다.

딥 데이터 FIFO(first in, first out)와 명령 메모리용으로 6kB 용량의 SRAM 메모리가 분할되어 있다. 측정 명령들은 명령 메모리에, 측정 결과는 데이터 FIFO에 각각 저장된다. FIFO와 관련한 많은 인터럽트들이 이 FIFO의 상태를 나타내는데 사용될 수 있다.

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