SGM51633S2：高性能双通道16位3MSPS同时采样SAR ADC的深度解析

在电子设计领域，ADC（模拟 - 数字转换器）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们就来深入探讨SGMICRO公司推出的SGM51633S2这款双通道、16位、3MSPS同时采样SAR ADC，看看它有哪些独特的性能和应用优势。

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产品概述

SGM51633S2是一款16位、2通道同时采样的高精度逐次逼近（SAR）ADC。它支持单极性全差分输入，采用单5V电源供电，提供了SPI兼容和字节宽并行接口，方便与各种微控制器、DSP和FPGA进行通信。此外，该芯片还具备数据平均功能，可通过软件进行配置。它采用绿色TQFN - 5×5 - 32DL封装，工作温度范围为 - 40℃至 + 85℃。

产品特性

高分辨率与高吞吐量

• 16位分辨率：能够提供高精度的转换结果，满足对数据精度要求较高的应用场景。
• 3MSPS采样率：实现快速的数据采集，低延迟仅为333ns，确保数据的实时性。

  出色的精度指标

• DNL和INL：16位无失码，INL典型值为±1LSB，保证了转换的准确性。
• SNR和THD：在2kHz信号下，通道A的SNR典型值为93dBFS，THD典型值为 - 110dB；通道B的SNR典型值为91dBFS，THD典型值为 - 105dB，有效减少信号失真。

  灵活的参考类型

  支持内部、外部缓冲和外部三种参考类型，还支持内部REFby2缓冲器来设置共模电压，满足不同应用的需求。

  数据平均功能

  可通过软件配置对两个或四个样本进行平均，提高数据的稳定性和可靠性。

  增强的数字接口

  提供多种数据传输协议，包括SPI兼容协议和并行字节协议，支持单数据速率（SDR）和双数据速率（DDR），降低数字接口时钟速率，提高数据传输效率。

  宽温度范围

  工作温度范围为 - 40℃至 + 85℃，适用于各种恶劣环境。

引脚配置与功能

SGM51633S2采用TQFN - 5×5 - 32DL封装，引脚分布合理，每个引脚都有明确的功能。例如，AINA_P和AINA_N为通道A的差分输入引脚，REFby2为REFby2缓冲器输出引脚，CONVST为转换启动输入引脚等。详细的引脚功能可参考数据手册中的引脚描述表格。

电气特性

模拟输入

• 满量程输入电压：±4.096V，提供了较宽的输入范围。
• 绝对输入电压：0 - 4.096V，确保输入信号在安全范围内。
• 共模输入范围：1.848 - 2.248V，保证信号的稳定性。

  电压参考输出

• REFOUT电压：典型值为4.096V，具有较低的漂移和良好的线性调节特性。
• REFby2输出：可通过寄存器调节输出电压，输出电流能力为±3mA。

  数字输出和输入

• 数字输出：高电平输出电压为0.8×DVDD - DVDD，低电平输出电压为0 - 0.2×DVDD。
• 数字输入：高电平输入电压根据DVDD的不同而有所变化，确保与不同的数字电路兼容。

时序要求

SGM51633S2的时序要求严格，包括转换控制和数据传输的时序、SPI兼容和并行字节协议的时序等。例如，在零周期延迟（Mode_1传输）模式下，CONVST高电平到nCS下降沿的延迟时间为tDRDY；在Mode_2传输模式下，两个相邻CONVST上升沿之间的时间为333ns。详细的时序参数可参考数据手册中的时序要求表格。

功能模块

参考模块

• 内部参考电压：集成了4.096V的内部电压参考，需要在REFOUT引脚与地之间连接一个1µF的去耦电容，以确保参考电压的稳定性。
• 参考缓冲器：通过增益缓冲器调整参考输出电压，输出电压为VREFx_P = GREFBUF × VREFOUT，需要在REFx_P引脚与REFx_N之间连接去耦电容。
• REFby2缓冲器：用于设置REFby2引脚的参考输出电压，可通过EN_REFBY2_OFFSET寄存器调整输出电压，输出电压可增加100mV。

  数据平均功能

  可通过DATA_AVG_CFG寄存器配置数据平均模式，支持对两个或四个样本进行平均。平均后输出数据速率相应降低，提高了数据的稳定性。

  设备功能状态

  支持RST或掉电、ACQ和CNV三种功能状态，通过nPD/nRST和CONVST信号进行控制。在ACQ状态下，设备采集模拟输入信号；在CNV状态下，进行模拟信号到数字数据的转换；在RST或掉电状态下，设备处于复位或低功耗状态。

  转换控制和数据传输

  支持零周期延迟（Mode_1传输）和宽读周期（Mode_2传输）两种转换控制和数据传输模式。在不同模式下，根据CONVST和READY/STROBE信号的时序要求进行数据采集和传输。

  READY/STROBE引脚

  具有多种功能，通过nCS信号选择READY和STROBE作为输出信号。READY信号用于指示设备初始化完成和转换结果准备好；STROBE信号在时钟重定时器（CRT）协议中作为同步时钟输出。

  数据接口

• 输出数据字格式：采用二进制补码格式，MSB优先传输。
• 采样数据传输协议：提供多种选择，包括Mode_2传输、DDR模式和并行模式，可降低数字接口时钟速率。
• 读取协议：支持五种类型的协议，如xy - S - SDR、xy - D - SDR、x1 - S - DDR等，满足不同应用的需求。

寄存器映射

SGM51633S2提供了多个寄存器，用于配置设备的各种功能，如PROTOCOL_CFG寄存器用于设置数据读取协议，BUS_WIDTH寄存器用于设置数据总线宽度等。详细的寄存器映射信息可参考数据手册中的寄存器映射表格。

应用信息

ADC输入驱动

输入驱动电路主要由驱动放大器和电荷反冲滤波器组成。选择低输出阻抗的放大器来缓冲信号源，调整信号源的条件，同时在ADC输入引脚处放置RC滤波器，滤除电荷反冲噪声。

典型应用

在DAQ电路中，SGM51633S2可用于采集100kHz的输入信号。通过合理配置外部电路，如外部参考电压、去耦电容等，可实现高性能的数据采集。

电源供应建议

高性能ADC对电源噪声敏感，模拟部分由AVDD供电，串行接口由DVDD供电。建议按照数据手册中的电源去耦图放置相应的去耦电容，以减少电源噪声对ADC性能的影响。

总结

SGM51633S2作为一款高性能的双通道16位3MSPS同时采样SAR ADC，具有高分辨率、高吞吐量、出色的精度指标、灵活的参考类型和丰富的数字接口等优点。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求合理配置芯片的各项参数，充分发挥其性能优势，满足不同领域的应用需求。你在使用SGM51633S2的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。