SGM51652H4/SGM51652H8 SAR ADC：高精度與靈活性兼?zhèn)涞?a href="http://www.makelele.cn/analog/" target="_blank">模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方案

在當今的電子設(shè)備設(shè)計中，模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。SGMICRO推出的SGM51652H4和SGM51652H8兩款16位、500kSPS采樣率的逐次逼近型（SAR）模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），憑借其多通道、寬輸入范圍等特性，為眾多應(yīng)用場景提供了出色的解決方案。下面，我們就來深入了解這兩款A(yù)DC。

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一、產(chǎn)品概述

SGM51652H4和SGM51652H8分別為4通道和8通道的高精度SAR ADC。它們采用單極5V電源供電，支持真正的雙極性輸入范圍（±10.24V、±5.12V和±2.56V）以及單極性輸入范圍（0V至10.24V和0V至5.12V），輸入范圍可通過軟件進行靈活配置。并且，芯片具備高達±20V的輸入過壓保護功能和片內(nèi)高精度、低漂移（10ppm）的參考源，輸入阻抗約為1MΩ，且不受輸入范圍選擇的影響。其數(shù)字接口兼容傳統(tǒng)SPI協(xié)議，方便與其他設(shè)備進行通信。

二、產(chǎn)品特性詳解

2.1 豐富的輸入范圍選擇

支持多種雙極性和單極性輸入范圍，能滿足不同類型信號的轉(zhuǎn)換需求。無論是處理雙極性信號還是單極性信號，這兩款A(yù)DC都能輕松應(yīng)對。比如在一些工業(yè)控制和測量系統(tǒng)中，雙極性信號較為常見，此時±10.24V等雙極性輸入范圍就能發(fā)揮作用；而在某些傳感器應(yīng)用中，單極性信號更為普遍，0V至10.24V等單極性輸入范圍則能適配這類應(yīng)用。

2.2 靈活的電源供應(yīng)

模擬電源采用5V供電，I/O電源范圍為1.65V至5V，這種設(shè)計使得芯片能夠更好地與不同電源系統(tǒng)的設(shè)備進行集成，提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

2.3 高精度性能指標

• DNL和INL：差分非線性（DNL）典型值為 - 0.6/+0.9LSB，積分非線性（INL）典型值為±1.3LSB，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性。
• SNR和THD：信噪比（SNR）典型值為89.5dB，總諧波失真（THD）典型值為 - 99dB，能有效減少信號失真，提高信號質(zhì)量。

2.4 其他實用特性

具備報警功能、支持菊花鏈操作，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃，并采用綠色TSSOP - 38封裝，適合在各種復雜環(huán)境下使用。

三、引腳配置與功能

兩款芯片的引腳配置清晰，不同引腳承擔著不同的功能。例如，SDI為串行數(shù)據(jù)輸入引腳，用于接收外部數(shù)據(jù)；nRST/nPD為復位/掉電雙功能引腳，低電平有效；DAISY用于菊花鏈模式下的串行數(shù)據(jù)輸入連接等。通過對各個引腳功能的合理運用，工程師可以實現(xiàn)芯片與其他設(shè)備的高效連接和通信。

四、電氣特性分析

4.1 系統(tǒng)性能

分辨率為16位，無失碼位數(shù)也為16位，確保了高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在不同輸入范圍下，增益誤差、偏移誤差等指標都有明確的規(guī)定，為系統(tǒng)設(shè)計提供了可靠的參考。

4.2 采樣動態(tài)特性

轉(zhuǎn)換時間為1000ns，采集時間為1000ns，最大無延遲吞吐量速率為500kSPS，能夠滿足高速采樣的需求。

4.3 動態(tài)特性

在不同輸入范圍下，SNR、THD、SINAD和SFDR等動態(tài)指標表現(xiàn)出色，保證了信號在轉(zhuǎn)換過程中的質(zhì)量。

4.4 輔助通道特性

輔助通道同樣具備16位分辨率，輸入電壓范圍為 - VREF至 + VREF，在采樣和轉(zhuǎn)換過程中也有良好的性能表現(xiàn)。

五、典型性能曲線

文檔中給出了大量的典型性能曲線，如輸入I - V特性、偏移誤差與溫度的關(guān)系、增益誤差與溫度的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了芯片在不同條件下的性能表現(xiàn)，工程師可以根據(jù)這些曲線來評估芯片在實際應(yīng)用中的性能，從而進行合理的設(shè)計和優(yōu)化。

六、詳細功能描述

6.1 模擬輸入模式

支持雙極性單端輸入、雙極性差分輸入和單極性單端輸入三種模式。在不同輸入模式下，對輸入信號的連接方式和范圍有不同的要求。例如，在雙極性單端輸入時，需將AIN_nN連接到AGND，信號施加到AIN_nP上；在雙極性差分輸入時，AIN_nN和AIN_nP作為差分輸入，同時要滿足相關(guān)電壓范圍的限制。

6.2 輸入過壓保護

芯片具備輸入過壓保護（OVP）電路，當輸入電壓在不同范圍時，ADC輸出會有不同的表現(xiàn)。當輸入電壓小于所選輸入范圍的最大值時，ADC正常工作；當輸入電壓超出范圍但小于過壓保護值時，ADC輸出飽和，內(nèi)部保護電路啟動；當輸入電壓超過過壓保護值時，可能會損壞芯片。

6.3 輸入浮動檢測功能

該功能可通過設(shè)置相關(guān)寄存器來啟用，需要連接一個10MΩ的下拉電阻到系統(tǒng)地。在進行輸入浮動檢測時，需要連續(xù)進行256次轉(zhuǎn)換，且不能被正常輸入采樣中斷。當檢測到輸入浮動時，相應(yīng)的狀態(tài)寄存器位會被置1。

6.4 可編程增益放大器（PGA）

芯片內(nèi)置可編程增益放大器，可通過設(shè)置配置寄存器中的RANGE_CHn[3:0]位來調(diào)整增益，從而滿足不同輸入信號幅度的需求。

6.5 多路復用器（MUX）

芯片的多路復用器能實現(xiàn)對多個通道的掃描，掃描所有通道的最大吞吐量數(shù)據(jù)率為500kSPS。對于SGM51652H4，若所有4個通道都啟用，每個通道的最大數(shù)據(jù)率為125kSPS；對于SGM51652H8，若所有8個通道都啟用，每個通道的最大數(shù)據(jù)率為62.5kSPS。

6.6 參考源

芯片既可以使用內(nèi)部參考源，也可以連接外部電壓參考源，為系統(tǒng)設(shè)計提供了更多的選擇。

6.7 輔助通道

輔助通道為真正的差分輸入通道，通過多路復用器連接到ADC，沒有PGA、驅(qū)動器或低通濾波器。輸入電壓范圍和差分輸入范圍都有明確的規(guī)定。

6.8 ADC輸出格式

芯片輸出代碼采用直二進制格式，方便后續(xù)的數(shù)字信號處理。

6.9 設(shè)備功能模式

• 復位/掉電模式：通過nRST/nPD引腳可以實現(xiàn)芯片的復位和掉電功能。在掉電模式下，芯片對除nRST/nPD引腳外的其他數(shù)字輸入無響應(yīng)，程序寄存器會被重置為默認值。
• 多種工作模式：包括連續(xù)操作模式（NO_OP）、幀中止模式（FRAME_ABORT）、待機模式（STDBY）、掉電模式（PWR_DOWN）、自動通道掃描模式（AUTO_SCAN）和手動通道選擇模式（MAN_CH_n）等。每種模式都有其特定的工作方式和應(yīng)用場景，例如在待機模式下，部分電路斷電，功耗較低；在自動通道掃描模式下，芯片可以自動掃描所有選定的通道。

七、寄存器映射

芯片內(nèi)部有命令寄存器和程序寄存器兩種類型的寄存器。命令寄存器用于設(shè)置工作模式，如AUTO_SCAN、MAN_CH_n、STDBY、PWR_DOWN和RST等；程序寄存器用于設(shè)置工作條件，包括通道掃描序列、SDO輸出格式和各個通道的輸入范圍等。通過對這些寄存器的讀寫操作，工程師可以靈活地配置芯片的工作狀態(tài)。

八、應(yīng)用場景

由于SGM51652H4和SGM51652H8具備高精度、多通道、寬輸入范圍等特性，它們在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如電力自動化、保護繼電器、PLC模擬輸入模塊、工廠自動化等。在這些應(yīng)用中，需要對多個模擬信號進行高精度的采集和轉(zhuǎn)換，這兩款A(yù)DC正好能夠滿足這些需求。

SGM51652H4和SGM51652H8是兩款功能強大、性能出色的SAR ADC。電子工程師在進行相關(guān)設(shè)計時，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分利用它們的特性和功能，實現(xiàn)高質(zhì)量的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。大家在實際使用過程中，有沒有遇到過什么有趣的應(yīng)用案例或者問題呢？歡迎交流分享。