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Serial Peripheral Interface

Résumé

Une liaison SPI (pour Serial Peripheral Interface) est un bus de données série synchrone baptisé ainsi par Motorola, au milieu des années 1980 qui opère en mode full-duplex. Les circuits communiquent selon un schéma maître-esclave, où le maître contrôle la communication. Plusieurs esclaves peuvent coexister sur un même bus, dans ce cas, la sélection du destinataire se fait par une ligne dédiée entre le maître et l'esclave appelée « Slave Select (SS) ». Interface Le bus SPI utilise quatre signaux logiques :

SCLK — Serial Clock, Horloge (généré par le maître)
MOSI — Master Output, Slave Input (généré par le maître)
MISO — Master Input, Slave Output (généré par l'esclave)
SS — Slave Select, Actif à l'état bas (généré par le maître)

Il existe d'autres noms qui sont souvent utilisés :

SCK, SCL — Horloge (généré par le maître)
SDI, DI, SI — Serial Data IN, MISO
SDO, SDA, DO, SO — Serial Data OUT, MOSI
nCS, CS, nSS, STE, CSN— SS

Dans le cas de la convention de

Source officielle

https://fr.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface

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A programmable low-power ADC interface for an ISFET sweat sensor used in a wearable multi-sensing system

Maher Kayal, François Krummenacher, Evgenia Voulgari

An application specific integrated circuit (ASIC) named ANTIGONE (ANalog To dIGital cONvErter) was designed in AMS 0.35 mu m technology to interface with four Ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) sensors and perform real-time monitoring of some biomarkers in human sweat. The non-invasive sweat sensing system is targeted for wearable personalized medicine and healthcare applications. The ASIC is based on the current-to-frequency converter (CFC) architecture and is able to perform measurements of multiple currents from a few pA up to 500 nA in time multiplexing. The ASIC is designed for low power consumption and interfaces with the sensors, biases them to the required voltages and sends the measured current values through a Serial Peripheral Interface (SPI) to a portable device.

IEEE2019

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ANTIGONE: A Programmable Energy-Efficient Current Digitizer for an ISFET Wearable Sweat Sensing System

Maher Kayal, François Krummenacher, Evgenia Voulgari

This article describes the design and the characterization of the ANTIGONE (ANalog To dIGital cONvErter) ASIC (Application Specific Integrated Circuit) built in AMS 0.35 m technology for low dc-current sensing. This energy-efficient ASIC was specifically designed to interface with multiple Ion-Sensitive Field-Effect Transistors (ISFETs) and detect biomarkers like pH, Na+, K+ and Ca2+ in human sweat. The ISFET-ASIC system can allow real-time noninvasive and continuous health monitoring. The ANTIGONE ASIC architecture is based on the current-to-frequency converter through the charge balancing principle. The same front-end can digitize multiple currents produced by four sweat ISFET sensors in time multiplexing. The front-end demonstrates good linearity over a dynamic range that spans from 1 pA up to 500 nA. The consumed energy per conversion is less than 1 J. The chip is programmable and works in eight different modes of operation. The system uses a standard Serial Peripheral Interface (SPI) to configure, control and read the digitally converted sensor data. The chip is controlled by a portable device over Bluetooth Low Energy (BLE) through a Microcontroller Unit (MCU). The sweat sensing system is part of a bigger wearable platform that exploits the convergence of multiparameter biosensors and environmental sensors for personalized and preventive healthcare

2021

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Design of an Energy-Efficient Current-to-Frequency Converter for a Wearable Sensor Platform

Maher Kayal, François Krummenacher, Evgenia Voulgari

This paper presents the design of the ANTIGONE ASIC in AMS 0.35 mu m technology that interfaces with ion-sensitive field effect transistors (ISFETs) to detect biomarkers like pH, Na+ and K+ in human sweat. The ISFET sensors generate a low current dc signal, so a current-to-frequency converter (CFC) architecture is used to measure the produced current of the different sensors in time multiplexing. The ASIC has to properly bias the ISFETs and send the digitized output signal to a microcontroller through an SPI interface. In the front-end, a switched capacitor circuit is used to balance the charge that is stored in the current integrator. The 12-bit converter is designed for low power consumption. The weak inversion region of operation is exploited to achieve the highest gain for the same power budget. The different analog blocks are following a power activation sequence in order to limit the power consumption during the idle states of the system.

IEEE2019

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