SGM51652H4/SGM51652H8 SAR ADC：高精度与灵活性兼备的模拟数字转换方案

在当今的电子设备设计中，模拟信号与数字信号之间的转换是关键环节之一。SGMICRO推出的SGM51652H4和SGM51652H8两款16位、500kSPS采样率的逐次逼近型（SAR）模拟 - 数字转换器（ADC），凭借其多通道、宽输入范围等特性，为众多应用场景提供了出色的解决方案。下面，我们就来深入了解这两款ADC。

文件下载：SGM51652H4_SGM51652H8.pdf

一、产品概述

SGM51652H4和SGM51652H8分别为4通道和8通道的高精度SAR ADC。它们采用单极5V电源供电，支持真正的双极性输入范围（±10.24V、±5.12V和±2.56V）以及单极性输入范围（0V至10.24V和0V至5.12V），输入范围可通过软件进行灵活配置。并且，芯片具备高达±20V的输入过压保护功能和片内高精度、低漂移（10ppm）的参考源，输入阻抗约为1MΩ，且不受输入范围选择的影响。其数字接口兼容传统SPI协议，方便与其他设备进行通信。

二、产品特性详解

2.1 丰富的输入范围选择

支持多种双极性和单极性输入范围，能满足不同类型信号的转换需求。无论是处理双极性信号还是单极性信号，这两款ADC都能轻松应对。比如在一些工业控制和测量系统中，双极性信号较为常见，此时±10.24V等双极性输入范围就能发挥作用；而在某些传感器应用中，单极性信号更为普遍，0V至10.24V等单极性输入范围则能适配这类应用。

2.2 灵活的电源供应

模拟电源采用5V供电，I/O电源范围为1.65V至5V，这种设计使得芯片能够更好地与不同电源系统的设备进行集成，提高了系统设计的灵活性。

2.3 高精度性能指标

• DNL和INL：差分非线性（DNL）典型值为 - 0.6/+0.9LSB，积分非线性（INL）典型值为±1.3LSB，保证了转换结果的准确性。
• SNR和THD：信噪比（SNR）典型值为89.5dB，总谐波失真（THD）典型值为 - 99dB，能有效减少信号失真，提高信号质量。

2.4 其他实用特性

具备报警功能、支持菊花链操作，工作温度范围为 - 40℃至 + 125℃，并采用绿色TSSOP - 38封装，适合在各种复杂环境下使用。

三、引脚配置与功能

两款芯片的引脚配置清晰，不同引脚承担着不同的功能。例如，SDI为串行数据输入引脚，用于接收外部数据；nRST/nPD为复位/掉电双功能引脚，低电平有效；DAISY用于菊花链模式下的串行数据输入连接等。通过对各个引脚功能的合理运用，工程师可以实现芯片与其他设备的高效连接和通信。

四、电气特性分析

4.1 系统性能

分辨率为16位，无失码位数也为16位，确保了高精度的转换结果。在不同输入范围下，增益误差、偏移误差等指标都有明确的规定，为系统设计提供了可靠的参考。

4.2 采样动态特性

转换时间为1000ns，采集时间为1000ns，最大无延迟吞吐量速率为500kSPS，能够满足高速采样的需求。

4.3 动态特性

在不同输入范围下，SNR、THD、SINAD和SFDR等动态指标表现出色，保证了信号在转换过程中的质量。

4.4 辅助通道特性

辅助通道同样具备16位分辨率，输入电压范围为 - VREF至 + VREF，在采样和转换过程中也有良好的性能表现。

五、典型性能曲线

文档中给出了大量的典型性能曲线，如输入I - V特性、偏移误差与温度的关系、增益误差与温度的关系等。这些曲线直观地展示了芯片在不同条件下的性能表现，工程师可以根据这些曲线来评估芯片在实际应用中的性能，从而进行合理的设计和优化。

六、详细功能描述

6.1 模拟输入模式

支持双极性单端输入、双极性差分输入和单极性单端输入三种模式。在不同输入模式下，对输入信号的连接方式和范围有不同的要求。例如，在双极性单端输入时，需将AIN_nN连接到AGND，信号施加到AIN_nP上；在双极性差分输入时，AIN_nN和AIN_nP作为差分输入，同时要满足相关电压范围的限制。

6.2 输入过压保护

芯片具备输入过压保护（OVP）电路，当输入电压在不同范围时，ADC输出会有不同的表现。当输入电压小于所选输入范围的最大值时，ADC正常工作；当输入电压超出范围但小于过压保护值时，ADC输出饱和，内部保护电路启动；当输入电压超过过压保护值时，可能会损坏芯片。

6.3 输入浮动检测功能

该功能可通过设置相关寄存器来启用，需要连接一个10MΩ的下拉电阻到系统地。在进行输入浮动检测时，需要连续进行256次转换，且不能被正常输入采样中断。当检测到输入浮动时，相应的状态寄存器位会被置1。

6.4 可编程增益放大器（PGA）

芯片内置可编程增益放大器，可通过设置配置寄存器中的RANGE_CHn[3:0]位来调整增益，从而满足不同输入信号幅度的需求。

6.5 多路复用器（MUX）

芯片的多路复用器能实现对多个通道的扫描，扫描所有通道的最大吞吐量数据率为500kSPS。对于SGM51652H4，若所有4个通道都启用，每个通道的最大数据率为125kSPS；对于SGM51652H8，若所有8个通道都启用，每个通道的最大数据率为62.5kSPS。

6.6 参考源

芯片既可以使用内部参考源，也可以连接外部电压参考源，为系统设计提供了更多的选择。

6.7 辅助通道

辅助通道为真正的差分输入通道，通过多路复用器连接到ADC，没有PGA、驱动器或低通滤波器。输入电压范围和差分输入范围都有明确的规定。

6.8 ADC输出格式

芯片输出代码采用直二进制格式，方便后续的数字信号处理。

6.9 设备功能模式

• 复位/掉电模式：通过nRST/nPD引脚可以实现芯片的复位和掉电功能。在掉电模式下，芯片对除nRST/nPD引脚外的其他数字输入无响应，程序寄存器会被重置为默认值。
• 多种工作模式：包括连续操作模式（NO_OP）、帧中止模式（FRAME_ABORT）、待机模式（STDBY）、掉电模式（PWR_DOWN）、自动通道扫描模式（AUTO_SCAN）和手动通道选择模式（MAN_CH_n）等。每种模式都有其特定的工作方式和应用场景，例如在待机模式下，部分电路断电，功耗较低；在自动通道扫描模式下，芯片可以自动扫描所有选定的通道。

七、寄存器映射

芯片内部有命令寄存器和程序寄存器两种类型的寄存器。命令寄存器用于设置工作模式，如AUTO_SCAN、MAN_CH_n、STDBY、PWR_DOWN和RST等；程序寄存器用于设置工作条件，包括通道扫描序列、SDO输出格式和各个通道的输入范围等。通过对这些寄存器的读写操作，工程师可以灵活地配置芯片的工作状态。

八、应用场景

由于SGM51652H4和SGM51652H8具备高精度、多通道、宽输入范围等特性，它们在很多领域都有广泛的应用，如电力自动化、保护继电器、PLC模拟输入模块、工厂自动化等。在这些应用中，需要对多个模拟信号进行高精度的采集和转换，这两款ADC正好能够满足这些需求。

SGM51652H4和SGM51652H8是两款功能强大、性能出色的SAR ADC。电子工程师在进行相关设计时，可以根据具体的应用需求，充分利用它们的特性和功能，实现高质量的模拟 - 数字转换系统。大家在实际使用过程中，有没有遇到过什么有趣的应用案例或者问题呢？欢迎交流分享。