+/- 1.8V, Low Power, 16-bit Sigma-Delta A/D Converter

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

2002 Microchip Technology Inc.

DS21409B-page 1

TC3400

Features

• 16-bit Resolution at Eight Conversions Per

Second, Adjustable Down to 10-bit Resolution at
512 Conversions Per Second

• 1.8V – 5.5V Operation, Low Power Operating

260

µ

A; Sleep: 0.75

µ

A

• microPort™ Serial Bus Requires only two

Interface Lines

• Uses Internal or External Reference

• Automatically Enters Sleep Mode when not in use

Applications

• Consumer Electronics, Thermostats, CO

Monitors, Humidity Meters, Security Sensors

• Embedded Systems, Data Loggers, Portable

Equipment

• Medical Instruments

Device Selection Table

Package Type

General Description

The TC3400 is a low cost, low power analog-to-digital
converter based on Microchip’s Sigma-Delta technol-
ogy. It will perform 16-bit conversions (15-bit plus sign)
at up to eight per second. The TC3400 is optimized for
use as a microcontroller peripheral in low cost, battery
operated systems. A voltage reference is included, or
an external reference can be used.

The TC3400’s 2-wire microPort™ digital interface is
used for starting conversions and for reading out the
data. Driving the SCLK line low starts a conversion.
After the conversion starts, each additional falling edge
(up to six) detected on SCLK for t

4

seconds reduces

the A/D resolution by one bit and cuts conversion time
in half. After a conversion is completed, clocking the
SCLK line puts the MSB through LSB of the resulting
data word onto the SDAT line, much like a shift register.
The part automatically sleeps when not performing a
data conversion.

The TC3400 is available in a 8-Pin PDIP and a 8-Pin
SOIC package.

Part Number

Package

Temperature

Range

TC3400VPA

8-Pin PDIP (Narrow)

0

°

C to +85

°

C

TC3400VOA

8-Pin SOIC (Narrow)

0

°

C to +85

°

C

IN-

REF

IN

IN+

1

2

3

4

8

7

6

5

TC3400

8-Pin SOIC

8-Pin PDIP

GND

SDAT

SCLK

REF

OUT

V

DD

IN-

REF

IN

IN+

1

2

3

4

8

7

6

5

TC3400

GND

SDAT

SCLK

REF

OUT

V

DD

+1.8V, Low Power, 16-Bit Sigma-Delta A/D Converter

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

TC3400

DS21409B-page 2

2002 Microchip Technology Inc.

Typical Application

Functional Block Diagram

TC3400

µ

Controller

SDAT

SCLK

REF

OUT

REF

IN

IN1+

IN1-

I/01

I/02

V

BATT

C1

0.1

µF

R3

390 

V

DD

V

CC

+

IN+

IN-

SDAT

REF

IN

REF

OUT

SCLK

Clock Generator

and Control

Circuitry

Data

Shift

Reg.

S – D

Modulator

+

x2

CONV Done

CONVCLK

1.193V

TC3400

V

DD

CLK

OUT

GND

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

2002 Microchip Technology Inc.

DS21409B-page 3

TC3400

1.0

ELECTRICAL
CHARACTERISTICS

Absolute Maximum Ratings*

Supply Voltage ..................................................... 6.0V

Input Voltage (All Other Pins):

............................... (GND – 0.3V) to (V

DD

+ 0.3V)

Operating Temperature Range ................. 0°C to 85°C

Storage Temperature ........................ -65°C to +150°C

*Stresses above those listed under "Absolute Maximum
Ratings" may cause permanent damage to the device. These
are stress ratings only and functional operation of the device
at these or any other conditions above those indicated in the
operation sections of the specifications is not implied.
Exposure to Absolute Maximum Rating conditions for
extended periods may affect device reliability.

TC3400 DC ELECTRICAL SPECIFICATIONS

Electrical Characteristics: T

A

= 25°C and V

DD

= 2.7V, unless otherwise specified. Boldface type specifications apply for

temperatures of 0°C to 85°C. V

REF

= 1.25V, Internal Clock Frequency = 520kHz.

Symbol

Parameter

Min

Typ

Max

Unit

Test Conditions

Power Supply

V

DD

Supply Voltage

1.8

5.5

V

I

DD

Supply Current, During Data Conversion

260

µ

A

I

DD

SLEEP

Supply Current, Sleep Mode

0.75

1.5

µ

A

T

A

= +25°C

1.2

3.0

µ

A

Accuracy (Differential Inputs)

RES

Resolution

16

Bits

INL

Integral Non-Linearity

.0038

%FSR

V

DD

= 2.7V

V

OS

Offset Error

±0.9

%FSR

IN+, IN- = 0V

V

NOISE

Referred to input

60

µ

Vrms

CMR

Common Mode Rejection

75

dB

At DC

FSE

Full Scale Error

0.4%

%FS

PSRR

Power Supply Rejection Ratio

75

dB

V

DD

= 2.5V to 3.5V

IN+, IN-

V

IN

±

Differential Input Voltage

2.5

V

Note 1

Absolute Voltage Range on IN+, IN-

V

DD

V

Input Bias Current

1

100

nA

C

IN

Input Sampling Capacitance

2

pF

R

IN

Differential Input Resistance

2.0

M

Note 2

REF

IN,

REF

OUT

V

REF

REF

IN

Voltage Range

0

1.25

V

I

REF

REF

IN

Input Current

1

µA

V

REF

OUT

REF

OUT

Voltage

1.193

V

REF

SINK

REF

OUT

Current Sink Capability

10

µ

A

REF

SRC

REF

OUT

Current Source Capability

300

µ

A

Note

1:

Differential input voltage defined as (V

IN

+ – V

IN

-).

2:

Resistance from INn+ to INn- or INn to GND.

3:

@ V

DD

= 1.8V, I

SOURCE

≤ 

200

µ

A.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

TC3400

DS21409B-page 4

2002 Microchip Technology Inc.

TC3400 AC ELECTRICAL SPECIFICATIONS

SCLK

V

IL

Input Low Voltage

0.3 x V

DD

V

V

IH

Input High Voltage

0.7 x V

DD

V

I

LEAK

Leakage Current

1

µ

A

SDAT

V

OL

Output Low Voltage

0.4

V

I

OL

= 1.5mA

V

OH

Output High Voltage (SDAT)

0.9 x V

DD

V

I

SOURCE

= 400

µ

(Note 3)

Electrical Characteristics: T

A

= 25°C and V

DD

= 2.7V, unless otherwise specified. Boldface type specifications apply for

temperatures of 0°C to 85°C. V

REF

= 1.25V, Internal Clock Frequency = 520kHz.

Symbol

Parameter

Min

Typ

Max

Unit

Test Conditions

t

1

Resolution Reduction Clock Width

1

µsec

Width of SCLK (Negative)

t

2

Resolution Reduction Clock Width

1

µsec

Width of SCLK (Positive)

t

3

Conversion Time (15-bit Plus Sign)

125

msec

16-bit Conversion, T

A

= 25°C (Note 1)

Conversion Time (14-bit Plus Sign)

t

3

/2.0

msec

15-bit Conversion

Conversion Time (13-bit Plus Sign)

t

3

/4.0

msec

14-bit Conversion

Conversion Time (12-bit Plus Sign)

t

3

/7.8

msec

13-bit Conversion

Conversion Time (11-bit Plus Sign)

t

3

/15.1

msec

12-bit Conversion

Conversion Time (10-bit Plus Sign)

t

3

/28.6

msec

11-bit Conversion

Conversion Time (9-bit Plus Sign)

t

3

/51.4

msec

10-bit Conversion

t

4

Resolution Reduction Window

t

3

/85.7

msec

Width of SCLK

t

5

SCLK to Data Valid

1000

nsec

SCLK Falling Edge to SDAT Valid

t

8

Acknowledge Delay

1000

nsec

SCLK to SDAT Delay

Note

1:

Nominal temperature drift is -2830ppm/C° for temperature less than 25°C and -1340ppm/°C for temperatures
greater than 25°C

.

TC3400 DC ELECTRICAL SPECIFICATIONS (CONTINUED)

Electrical Characteristics: T

A

= 25°C and V

DD

= 2.7V, unless otherwise specified. Boldface type specifications apply for

temperatures of 0°C to 85°C. V

REF

= 1.25V, Internal Clock Frequency = 520kHz.

Symbol

Parameter

Min

Typ

Max

Unit

Test Conditions

Note

1:

Differential input voltage defined as (V

IN

+ – V

IN

-).

2:

Resistance from INn+ to INn- or INn to GND.

3:

@ V

DD

= 1.8V, I

SOURCE

≤ 

200

µ

A.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

2002 Microchip Technology Inc.

DS21409B-page 5

TC3400

2.0

PIN DESCRIPTIONS

The descriptions of the pins are listed in Table 2-1.

TABLE 2-1:

PIN FUNCTION TABLE

Pin No.

(8-Pin SOIC)

(8-Pin PDIP)

Symbol

Description

1

IN+

Analog Input. This is the positive terminal of a true differential input consisting of IN+ and IN-.
V

IN1

= (IN+ – IN-). See Section 1.0 Electrical Characteristics.

2

IN-

Analog Input. This is the negative terminal of a true differential input consisting of IN+ and IN-.
V

IN

= (IN+ – IN-) IN- can swing to, but not below, ground.

3

REF

IN

Analog Input. The converter’s reference voltage is the differential between this pin and ground times
two. It may be tied directly to REF

OUT

or scaled using a resistor divider. Any user supplied reference

voltage less than 1.25V may be used in place of REF

OUT

.

4

GND

Ground Terminal.

5

REF

OUT

Analog Output. The internal reference connects to this pin. It may be scaled externally, if desired, and
tied to the REF

IN

input to provide the converter’s reference voltage. Care must be taken in connecting

external circuitry to this pin.

6

SDAT

Digital Output (push-pull). This is the microPort™ serial data output. SDAT is driven low while the
TC3400 is converting data, effectively providing a “busy” signal. After the conversion is complete,
every high to low transition on the SCLK pin puts a bit from the resulting data word on the SDAT pin
(from MSB to LSB).

7

SCLK

Digital Input. This is the microPort™ serial clock input. The TC3400 comes out of sleep mode and a
conversion cycle begins when this pin is driven low. After the conversion starts, each additional falling
edge (up to six) detected on SCLK for t

4

seconds reduces the A/D resolution by one bit. When the

conversion is complete, the data word can be shifted out on the SDAT pin by clocking the SCLK pin.

8

V

DD

Power Supply Input.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

TC3400

DS21409B-page 6

2002 Microchip Technology Inc.

3.0

DETAILED DESCRIPTION

The TC3400 is a 16-bit sigma-delta A/D converter with
one differential input. See the Typical Application circuit
and the Functional Block diagram. The key components
of the TC3400 are described below.

Also refer to Figure 3-4, A/D Operational Flowchart and
the Timing Diagrams, Figure 3-1, Figure 3-2 and
Figure 3-3).

3.1

A/D Converter Operation

When the TC3400 is not converting, it is in sleep mode
with both the SCLK and SDAT lines high. An A/D
conversion is initiated by a high to low transition on the
SCLK line at which time the internal clock of the
TC3400 is started. Each additional high to low
transition of SCLK (following the initial SCLK falling
edge) during the time interval t

4

, will decrement the

conversion resolution by one bit and reduce the
conversion time by one half. The time interval t

4

is

referred to as the resolution reduction window. The
minimum conversion resolution is 10-bits so any more
than 6 SCLK transitions during t

4

will be ignored.

After each high to low transition of SCLK, in the t

4

interval, the SDAT output is driven high by the TC3400
to acknowledge that the conversion has been decre-
mented. When the SCLK returns high or the t

4

interval

ends, the SDAT line returns low (see Figure 3-2). When
the conversion is complete SDAT is driven high. The
TC3400 now enters sleep mode and the conversion
value can be read as a serial data word on the SDAT
line.

3.2

Reading the Data Word

After the conversion is complete and SDAT goes high,
the conversion value can be clocked serially onto the
SDAT line by high to low transitions of the SCLK. The
data word is in two’s compliment format with the sign bit
clocked onto the SDAT line, first followed by the MSB
and ending in the LSB. For a 16-bit conversion the data
word would consist of a sign bit followed by 15 magni-
tude bits, Table 3-1 shows the data word versus input
voltage for a 16-bit conversion. Note that the full scale
input voltage range is ±(2 REF

IN

– 1LSB). When

REF

OUT

is fed back directly to REF

IN

, an LSB is 73

µ

V

for a 16-bit conversion, as REF

OUT

is typically 1.193V.

Figure 3-3 shows typical SCLK and SDAT waveforms
for 16, 12 and 10-bit conversions. Note that any
complete convert and read cycle requires 17 negative
edge clock pulses. The first is the convert command.
Then, up to six of these can occur in the resolution
reduction window, t

4

, to decrement resolution. The

remaining pulses clock out the conversion data word.

TABLE 3-1:

DATA CONVERSION WORD
VS. VOLTAGE INPUT
(REF

IN

= 1.193V)

The SCLK input has a filter which rejects any positive
or negative pulse of width less than 50nsec to reduce
noise. The rejection width of this pulse can vary
between 50nsec and 750nsec depending on process-
ing parameters and supply voltage.

Figure 3-1 and Table 3-2 show information for deter-
mining the mode of operation for the TC3400 part by
recording the value of SDAT for SCLK in a high, then
low, then high state. For example, if SCLK goes
through a 1-0-1 transition and the corresponding val-
ues of SDAT are 1-1-0, then the SCLK falling edge
started a new data conversion. A 0-1-0 for SDAT would
have indicated a resolution reduction had occurred.
This is useful if the microcontroller has a watchdog
reset or otherwise loses track of where the TC3400 is
in the conversion and data readout sequence. The
microcontroller can simply transition SCLK until it
“finds” a Start Conversion condition.

FIGURE 3-1:

SCLK, SDAT LOGIC
STATE DIAGRAM

TABLE 3-2:

SCLK, SDAT LOGIC STATE

*

Note: The code X00 has a dual meaning: Data Transfer or

Busy converting. To avoid confusion, the user should
send only the required number of pulses for the
desired resolution, then wait for SDAT to rise to 1,
indicating conversion is complete before clocking
SCLK again to read out data bits.

Data Word

INn– INn- (Volts)

0111 1111 1111 1111

2.38596 (Positive Full Scale)

0000 0000 0000 0001

72.8 E -6

0000 0000 0000 0000

0

1111 1111 1111 1111

-72.8 E -6

1000 0000 0000 0001

-2.38596 (Negative Full Scale)

1000 0000 0000 0000

Reserved Code

A

B

C

Status

1

1

0

Start Conversion

0

1

0

Resolution Reduction

x

1

1

Data Transfer

x

0

0

Data Transfer or Busy*

SCLK

SDAT

A

B

C

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

2002 Microchip Technology Inc.

DS21409B-page 7

TC3400

FIGURE 3-2:

CONVERSION AND DATA OUTPUT TIMING

FIGURE 3-3:

SCLK AND SDAT WAVEFORMS FOR 16, 12 AND 10-BIT CONVERSIONS

SCLK

SDAT

t

4

t

1

t

2

t

3

t

8

t

8

D

N-1

D

N-2

D

0

(LSB)

D

N

(MSB)

t

5

Data Conversion

Complete

Start Conversion and Resolution Control Timing

Data Output Timing

Sleep 

Mode

SCLK

SDAT

t

3

a

16-bit Data Conversion,

Data Word A5A5h

SCLK

SDAT

16-bit Data Conversion, Long Start Pulse,

 Data Word 5A5Ah

> t

3

a

Data Conversion

Complete

SCLK

SDAT

12-bit Conversion,

Data Word = AB3h

SCLK

SDAT

t

3

g

10-bit Conversion with "Extra" 

Data Reduction Clocks, Data Word = 3A4h

Data Conversion

Complete

Data Conversion

Complete

Data Conversion

Complete

t

3

e

< t

4

< t

4

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

TC3400

DS21409B-page 8

2002 Microchip Technology Inc.

FIGURE 3-4:

A/D OPERATIONAL FLOWCHART

Yes

No

Yes

No

Yes

Yes

Yes

No

No

No

Yes

Yes

No

Yes

No

POR

Sleep

SDAT = High

SCLK 

Hgh to Low?

Power Up Analog, 

Start CONVCLK (= 0), 

Start Conversion, 

Resolution = 2m

(m = 16), Latch Input

Channel Address (if applicable).

SCLK 

Low to High

transition?

SDAT = Low

CONVCLK 

< 2

9

?

SCLK 

High to Low?

A/D 

Resolution

> 2

10

?

Reduce A/D

Resolution by 1-bit

(m = m – 1);

SDAT = High

SDAT = Low

CONVCLK = 2m?

(Conversion Done?) 

Power Down Analog,

Conversion Complete,

SDAT = High

SCLK

High to Low?

SDAT = Dm;

m = m – 1

≥ 0?

SDAT = High

Internal Reset

Sleep

No

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

2002 Microchip Technology Inc.

DS21409B-page 9

TC3400

4.0

PACKAGING INFORMATION

4.1

Package Marking Information

Package marking data not available at this time.

4.2

Taping Forms

Component Taping Orientation for 8-Pin SOIC (Narrow) Devices 

 

Package 

Carrier Width (W) 

Pitch (P) 

Part Per Full Reel 

Reel Size

 8-Pin SOIC (N) 

12 mm 

8 mm 

2500 

13 in

Carrier Tape, Number of Components Per Reel and Reel Size 

Standard Reel Component Orientation
for TR Suffix Device

PIN 1

User Direction of Feed

P

W

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/21409b-html.html
background image

TC3400

DS21409B-page 10

2002 Microchip Technology Inc.

4.3

Package Dimensions

3

° MIN.

PIN 1

.260 (6.60)
.240 (6.10)

.045 (1.14)
.030 (0.76)

.070 (1.78)
.040 (1.02)

.400 (10.16)

.348 (8.84)

.200 (5.08)
.140 (3.56)

.150 (3.81)
.115 (2.92)

.110 (2.79)
.090 (2.29)

.022 (0.56)
.015 (0.38)

.040 (1.02)
.020 (0.51)

.015 (0.38)
.008 (0.20)

.310 (7.87)
.290 (7.37)

.400 (10.16)

.310 (7.87)

8-Pin Plastic DIP

Dimensions: inches (mm)

.050 (1.27) TYP.

8

°

 MAX.

PIN 1 

.244 (6.20)
.228 (5.79)

.157 (3.99)
.150 (3.81)

.197 (5.00)
.189 (4.80)

.020 (0.51)
.013 (0.33)

.010 (0.25)
.004 (0.10)

.069 (1.75)
.053 (1.35)

.010 (0.25)
.007 (0.18)

.050 (1.27)
.016 (0.40)

8-Pin SOIC

Dimensions: inches (mm)

Maker
Microchip Technology Inc.
Datasheet PDF Download