SGM58600/SGM58601/SGM58602：超低噪声24位模数转换器的深度剖析

在电子设计领域，高精度的模数转换器（ADC）是实现信号准确采集和处理的关键组件。SGMICRO推出的SGM58600、SGM58601和SGM58602系列超低噪声24位ADC，凭借其出色的性能和丰富的功能，在众多应用场景中展现出了强大的竞争力。今天，我们就来深入了解一下这三款芯片。

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1. 芯片概述

SGM58600、SGM58601和SGM58602是低噪声、24位、60kSPS的Sigma-Delta（Σ-Δ）模数转换器。它们采用了四阶Sigma-Delta调制器和五阶Sinc滤波器（Sinc5），优化了低噪声性能。同时，灵活的输入多路复用器支持单端输入或差分输入配置，并且具有可选的输入缓冲器，可增加输入阻抗。低噪声可编程增益放大器（PGA）提供1到128的二进制增益步长，还具备SPI兼容接口。

1.1 封装与温度范围

这三款芯片提供了多种封装选择：

• SGM58600：有Green SSOP - 20和TQFN - 3.5×3.5 - 20L封装。
• SGM58601：有Green SSOP - 28和TQFN - 5×5 - 28L封装。
• SGM58602：有Green TQFN - 5×5 - 20L封装。

它们的工作温度范围均为 - 40℃到 + 125℃，能够适应较为恶劣的工作环境。

2. 关键特性

2.1 电源电压范围

• 模拟电源：5V。
• 数字电源：2.7V到5V。

这种宽电源电压范围为设计带来了更大的灵活性，能够满足不同应用场景的需求。

2.2 高分辨率与低噪声

• 无噪声分辨率高达22位，能够提供高精度的信号转换。
• 数据输出速率最高可达60kSPS，在不同的数据速率下都能保持良好的性能。
• 积分非线性（INL）在PGA[2:0] = 1时典型值为0.0012%FSR，确保了转换结果的准确性。

2.3 灵活的输入配置

• SGM58600支持2个单端输入或1个差分输入。
• SGM58601支持8个单端输入或4个差分输入。
• SGM58602支持3个单端输入或2个差分输入。

这种灵活的输入配置可以满足不同应用场景下对输入信号的要求。

2.4 低噪声可编程增益放大器

输入参考噪声低至30nV，能够有效抑制噪声干扰，提高信号质量。

2.5 支持校准功能

支持自校准和系统校准，可对所有PGA设置进行校准，提高转换精度。

3. 电气特性

3.1 模拟输入

• 满量程输入电压：±2VREF / PGA。
• 绝对输入电压：根据输入缓冲器的开关状态有所不同，缓冲器关闭时为AGND - 0.1到AVDD + 0.1V，缓冲器开启时为AGND到AVDD。

3.2 可编程增益放大器

增益范围为1到128，不同的PGA设置会影响输入阻抗。例如，当PGA[2:0] = 1且缓冲器关闭时，差分输入阻抗为67kΩ；缓冲器开启时，输入阻抗可达3.2MΩ。

3.3 系统性能

• 分辨率为24位，且在所有数据速率和PGA设置下无丢失码。
• 数据速率范围为2.5SPS到60kSPS，可根据实际需求进行选择。
• 积分非线性、偏移误差、增益误差等指标在不同条件下都有良好的表现。

3.4 电源要求

• AVDD电源电压范围为4.75V到5.25V，DVDD电源电压范围为2.7V到AVDD。
• 在不同的工作模式（如掉电模式、待机模式、正常模式）下，电流消耗有所不同。

4. 详细功能分析

4.1 噪声性能

文档中给出了不同数据速率和PGA设置下的输入参考噪声、有效位数（ENOB）和无噪声分辨率等数据。通过合理选择数据速率和PGA设置，可以在精度和速度之间找到平衡。例如，在较低的数据速率下，能够获得更高的分辨率和更低的噪声。

4.2 输入多路复用器

输入多路复用器提供了灵活的输入配置方式。在使用时，需要注意选择可用的输入，并尽量保持未使用的输入引脚浮空，以降低功耗。

4.3 传感器检测

当传感器检测电流源（SDCS）启用时，输入缓冲器会被强制开启。通过合理设置SDCS，可以检测传感器的开路或短路情况。

4.4 可编程增益放大器（PGA）

PGA的设置由ADCON寄存器控制。在改变PGA设置后，建议重新校准模数转换器，以确保转换精度。

4.5 数字滤波器

芯片内部采用了Sinc5滤波器和平均滤波器，其频率响应可以通过特定的公式计算。通过设置合适的数据速率，可以消除50Hz或60Hz的电源噪声。

4.6 校准功能

芯片提供了自校准和系统校准功能，包括偏移校准和增益校准。校准时间会受到数据速率和PGA设置的影响。在使用过程中，建议在缓冲器配置或PGA改变后进行校准。

5. 应用场景

由于其高精度、低噪声和灵活的配置，SGM58600、SGM58601和SGM58602适用于多种应用场景，如实验室仪器、测量与测试、工业过程控制、医疗仪器等。

6. 总结

SGM58600、SGM58601和SGM58602系列模数转换器以其出色的性能和丰富的功能，为电子工程师在高精度信号采集和处理方面提供了一个优秀的选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择芯片的配置和工作模式，以充分发挥其优势。希望本文能对大家在使用这三款芯片时有所帮助，你在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。