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  • AFEx8101 4mA から 20mA のループ電源アプリケーション向け、電圧リファレンスおよび診断 ADC を内蔵した 16 ビットおよび 14 ビットの低消費電力 DAC

    • JAJSN92 December   2022 AFE78101 , AFE88101

      PRODUCTION DATA  

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  • AFEx8101 4mA から 20mA のループ電源アプリケーション向け、電圧リファレンスおよび診断 ADC を内蔵した 16 ビットおよび 14 ビットの低消費電力 DAC
  1. 1 特長
  2. 2 アプリケーション
  3. 3 概要
  4. 4 Revision History
  5. 5 Pin Configuration and Functions
  6. 6 Specifications
    1. 6.1  Absolute Maximum Ratings
    2. 6.2  ESD Ratings
    3. 6.3  Recommended Operating Conditions
    4. 6.4  Thermal Information
    5. 6.5  Electrical Characteristics
    6. 6.6  Timing Requirements
    7. 6.7  Timing Diagrams
    8. 6.8  Typical Characteristics: VOUT DAC
    9. 6.9  Typical Characteristics: ADC
    10. 6.10 Typical Characteristics: Reference
    11. 6.11 Typical Characteristics: Power Supply
  7. 7 Detailed Description
    1. 7.1 Overview
    2. 7.2 Functional Block Diagram
    3. 7.3 Feature Description
      1. 7.3.1 Digital-to-Analog Converter (DAC) Overview
        1. 7.3.1.1 DAC Resistor String
        2. 7.3.1.2 DAC Buffer Amplifier
        3. 7.3.1.3 DAC Transfer Function
        4. 7.3.1.4 DAC Gain and Offset Calibration
        5. 7.3.1.5 Programmable Slew Rate
        6. 7.3.1.6 DAC Register Structure and CLEAR State
      2. 7.3.2 Analog-to-Digital Converter (ADC) Overview
        1. 7.3.2.1 ADC Operation
        2. 7.3.2.2 ADC Custom Channel Sequencer
        3. 7.3.2.3 ADC Synchronization
        4. 7.3.2.4 ADC Offset Calibration
        5. 7.3.2.5 External Monitoring Inputs
        6. 7.3.2.6 Temperature Sensor
        7. 7.3.2.7 Self-Diagnostic Multiplexer
        8. 7.3.2.8 ADC Bypass
      3. 7.3.3 Programmable Out-of-Range Alarms
        1. 7.3.3.1 Alarm Action Configuration Register
        2. 7.3.3.2 Alarm Voltage Generator
        3. 7.3.3.3 Temperature Sensor Alarm Function
        4. 7.3.3.4 Internal Reference Alarm Function
        5. 7.3.3.5 ADC Alarm Function
        6. 7.3.3.6 Fault Detection
      4. 7.3.4 IRQ
      5. 7.3.5 Internal Reference
      6. 7.3.6 Integrated Precision Oscillator
      7. 7.3.7 One-Time Programmable (OTP) Memory
    4. 7.4 Device Functional Modes
      1. 7.4.1 DAC Power-Down Mode
      2. 7.4.2 Reset
    5. 7.5 Programming
      1. 7.5.1 Communication Setup
        1. 7.5.1.1 SPI Mode
        2. 7.5.1.2 UART Mode
      2. 7.5.2 Serial Peripheral Interface (SPI)
        1. 7.5.2.1 SPI Frame Definition
        2. 7.5.2.2 SPI Read and Write
        3. 7.5.2.3 Frame Error Checking
        4. 7.5.2.4 Synchronization
      3. 7.5.3 UART
        1. 7.5.3.1 UART Break Mode (UBM)
      4. 7.5.4 Status Bits
      5. 7.5.5 Watchdog Timer
    6. 7.6 Register Maps
      1. 7.6.1 AFEx8101 Registers
  8. 8 Application and Implementation
    1. 8.1 Application Information
      1. 8.1.1 Multichannel Configuration
    2. 8.2 Typical Application
      1. 8.2.1 4-mA to 20-mA Current Transmitter
        1. 8.2.1.1 Design Requirements
        2. 8.2.1.2 Detailed Design Procedure
          1. 8.2.1.2.1 Start-Up Circuit
          2. 8.2.1.2.2 Current Loop Control
          3. 8.2.1.2.3 Input Protection and Rectification
          4. 8.2.1.2.4 System Current Budget
        3. 8.2.1.3 Application Curves
    3. 8.3 Initialization Set Up
    4. 8.4 Power Supply Recommendations
    5. 8.5 Layout
      1. 8.5.1 Layout Guidelines
      2. 8.5.2 Layout Example
  9. 9 Device and Documentation Support
    1. 9.1 Documentation Support
      1. 9.1.1 Related Documentation
    2. 9.2 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    3. 9.3 サポート・リソース
    4. 9.4 Trademarks
    5. 9.5 静電気放電に関する注意事項
    6. 9.6 用語集
  10. 10Mechanical, Packaging, and Orderable Information
  11. 重要なお知らせ

パッケージ・オプション

メカニカル・データ（パッケージ｜ピン）
  • RRU|24
    • MPQF588
サーマルパッド・メカニカル・データ
発注情報
  • jajsn92_oa
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DATA SHEET

AFEx8101 4mA から 20mA のループ電源アプリケーション向け、電圧リファレンスおよび診断 ADC を内蔵した 16 ビットおよび 14 ビットの低消費電力 DAC

このリソースの元の言語は英語です。 翻訳は概要を便宜的に提供するもので、自動化ツール (機械翻訳) を使用していることがあり、TI では翻訳の正確性および妥当性につきましては一切保証いたしません。 実際の設計などの前には、ti.com で必ず最新の英語版をご参照くださいますようお願いいたします。

1 特長

  • 機能安全対応
    • 機能安全システムの設計に役立つ資料を利用可能AFE88101、AFE78101
  • 低い静止電流：170μA (標準値)
  • 16 ビットまたは 14 ビット、モノリシック高性能 DAC
    • 1.8V 電源：0.15V ～ 1.25V、0.2V ～ 1.0V
    • 5V 電源：0.3 V ～ 2.5 V、0.4 V ～ 2.0 V
    • 16 ビットでの INL、4LSB
    • 40℃～ +125℃の範囲で TUE が 0.07% FSR (最大値)
  • 高度な診断向け、12 ビット、3.84kSPS の ADC (A/D コンバータ)
  • 1.25V 基準電圧 (10ppm/℃) を内蔵
  • クロック出力付きの内蔵 1.2288Mhz 発振器を内蔵
  • デジタル・インターフェイス：
    • シリアル・ペリフェラル・インターフェイス (SPI)
    • UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)
  • 故障検出：CRC ビット・エラー・チェック、ウィンドウ付きウォッチドッグ・タイマ、診断 ADC
  • 広い動作温度範囲-55℃～ +125℃

2 アプリケーション

  • 2 線式トランスミッタ
  • 4mA ～ 20mA のループ電源アプリケーション
  • プロセス制御および産業用オートメーション
  • スマート・トランスミッタ
  • PLC または DCS I/O モジュール

3 概要

16 ビットの AFE88101 および 14 ビットの AFE78101 (AFEx8101) は、センサ・トランスミッタ・アプリケーション向けに設計された、高集積度、高精度、超低消費電力の電圧出力 D/A コンバータ (DAC) です。

AFEx8101 デバイスには、4mA から 20mA の 2 線式 (ループ電源) センサ・トランスミッタを設計するために必要な構成要素のほとんどが含まれています。これらのデバイスには、高精度な DAC に加えて、10ppm/℃の電圧リファレンスと診断用 A/D コンバータ (ADC) が内蔵されています。内在的および機能安全上の問題に対応するには、外部の電圧電流変換と、電源のレギュレーションが必要です。

内蔵の診断 ADC は複数の内部ノードに多重化されており、自動的な自己ヘルス・チェックを可能にしています。このチェックにより、内蔵のバイアス源や電源レギュレータ、電圧リファレンス、DAC 出力、ダイ温度に関するエラーや故障を検出でき、さらにオプションとして外部電圧源の問題も検出できます。診断用 ADC、CRC フレーム・エラー・チェック、あるいはウィンドウ付きのウォッチドッグ・タイマから、いずれかの障害が検出された場合、本デバイスは (オプションとして) 割り込みの発行、あるいは標準の NAMUR 出力値またはユーザー指定のカスタム値に応じたフェイルセーフ状態への遷移、またはその両方を開始できます。

これらのデバイスは最小 1.71V の電源で動作し、最大静止電流は 210μA です。本デバイスの温度範囲は -40℃～ +125℃で規定されていますが、-55℃～+125℃で機能することが可能です。

デバイス情報
部品番号 分解能 パッケージ(1)
AFE78101 14 ビット RRU (UQFN、24) 4.00mm×4.00mm
AFE88101 16 ビット
(1) 利用可能なパッケージについては、データシートの末尾にあるパッケージ・オプションについての付録を参照してください。
機能ブロック図

4 Revision History

DATE REVISION NOTES
December 2022 * Initial release.

5 Pin Configuration and Functions

Figure 5-1 RRU (24-pin UQFN) Package, Top View
Table 5-1 Pin Functions
PIN TYPE(1) DESCRIPTION
NAME NO.
AIN0 15 AI ADC input voltage. The input range is 0 V to VREF if PVDD = VDD, or 0 V to 2 × VREF if PVDD > 2.7 V.
ALARM 24 DO Alarm notification. Open drain. When alarm condition is asserted, this pin is held to logic low; otherwise, this pin is in a high-impedance state (Hi-Z).
CLK_OUT 11 DO Clock output. This pin can be configured as a clock output for the 1.2288‑MHz internal clock.
CS 10 DI SPI chip-select. Data bits are clocked into the serial shift register when CS is logic low. When CS is logic high, SDO is in a high-impedance state and data on SDI are ignored. Do not leave any digital input pins floating.
GND 14 P Digital and analog ground. Ground reference point for all circuitry on the device.
GND 21, 22 P Digital and analog ground.
IOVDD 12 P Interface supply. Supply voltage for digital input and output circuitry. This voltage sets the logical thresholds for the digital interfaces.
NC 3, 23 – No connection. Leave floating.
POL_SEL/AIN1 16 DI/AI ADC input voltage if SPECIAL_CFG.AIN1_ENB bit is set to 1. The input range is 0 V to VREF if PVDD = VDD, or 0 V to 2 × VREF if PVDD > 2.7 V. Otherwise, this pin acts as ALMV_POL, which sets the polarity of the VOUT alarm voltage.
PVDD 17 P Power supply for the internal low-dropout regulator (LDO), ADC input, and VOUT DAC output. When 2.7 V to 5.5 V is provided, the internal LDO turns on and drives VDD internally. When 1.71 V to 1.89 V is provided, the internal LDO is disabled.
REF_EN 5 DI Internal VREF enable input. A logic high on this pin enables the internal VREF and the VREFIO pin outputs 1.25 V. A logic low on this pin disables the internal VREF and the external 1.25-V reference is required at the VREFIO pin.
REF_GND 20 P GND reference for VREFIO pin.
RESET 6 DI Reset. Logic low on this pin places the device into power-down mode and resets the device. Logic high returns the device to normal operation. Do not leave any digital input pins floating.
SCLK 7 DI SPI serial clock. Data can be transferred at rates up to 12.5 MHz. SCLK is a Schmitt-trigger logic input. Connect to GND or logic low if not used. Do not leave any digital input pins floating.
SCLR 4 DI DAC clear input pin in SPI mode. A logic high on this pin forces the DAC output into a CLEAR state. Connect to GND in UBM. Do not leave any digital input pins floating.
SDI 8 DI SPI data input. Data are clocked into the 24‑bit input shift register on the falling edge of the serial clock input. SDI is a Schmitt-Trigger logic input. Do not leave any digital input pins floating.
SDO 9 DO SPI data output. Data are output on the rising edge of SCLK when CS is logic low. Interrupt request (IRQ) pin in the UART break mode (UBM). The output is in a Hi-Z state at power up and must be enabled in the CONFIG register.
UARTIN 1 DI UART data input. Connect to IOVDD or logic high if not used. Do not leave any digital input pins floating.
UARTOUT 2 DO UART data output. This pin can be configured to function as the IRQ pin in SPI only mode.
VDD 13 P/AO Power supply. When 2.7 V to 5.5 V is provided on PVDD pin, the internal LDO drives VDD internally. Connect a 1‑μF to 10‑μF capacitor to this pin. When 1.71 V to 1.89 V is provided on the PVDD pin, an external power supply must be provided on this pin.
VOUT 18 AO DAC output voltage.
VREFIO 19 AI/AO When the internal VREF is enabled by REF_EN pin, this pin outputs the internal VREF voltage. In this case, a load capacitance of 70-nF to 130-nF is required for stability. When disabled, this pin is the external 1.25‑V reference input.
(1) AI = analog input, AO = analog output, DI = digital input, DO = digital output, P = power.

6 Specifications

6.1 Absolute Maximum Ratings

over operating free-air temperature range (unless otherwise noted)(1)
MIN MAX UNIT
Voltage PVDD, IOVDD to GND –0.3 5.5 V
VDD to GND –0.3 1.98 V
AIN0, POL_SEL/AIN1, VOUT to GND –0.3 PVDD + 0.3 V
Digital Input/Output to GND –0.3 IOVDD + 0.3 V
VREFIO to GND –0.3 VDD + 0.3 V
REF_GND to GND –0.3 0.3 V
Input current Current into any pin –10 10 mA
TJ Junction temperature –55 150 °C
Tstg Storage temperature –65 150
(1) Operation outside the Absolute Maximum Ratings may cause permanent device damage. Absolute Maximum Ratings do not imply functional operation of the device at these or any other conditions beyond those listed under Recommended Operating Conditions. If used outside the Recommended Operating Conditions but within the Absolute Maximum Ratings, the device may not be fully functional, and this may affect device reliability, functionality, performance, and shorten the device lifetime.

 
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