SGM51613R4A/SGM51613R8A：高性能16位ADC的深度剖析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是一個(gè)關(guān)鍵組件，它直接影響著系統(tǒng)的性能和精度。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下SG Micro Corp推出的SGM51613R4A和SGM51613R8A這兩款16位、4通道/8通道的逐次逼近（SAR）ADC。

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一、器件概述

SGM51613R4A和SGM51613R8A是兩款功能強(qiáng)大的ADC，它們采用單電源VDD供電，一般為5V，能與1.8V - 5V的數(shù)字設(shè)備進(jìn)行通信，此時(shí)VIO需相應(yīng)地提供合適的電壓。其數(shù)字接口兼容傳統(tǒng)的SPI協(xié)議，這為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了很大的便利性。這兩款器件有Green TQFN - 4×4 - 20AL和WLCSP - 2.39×2.39 - 20B兩種封裝形式，能在 - 40℃到 + 125℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

圣邦微電子 SGM51613R4A與SGM51613R8A是兩款16位逐次逼近（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），分別為4通道和8通道版本。

該器件采用單電源VDD供電，典型供電電壓為5V。

當(dāng)需要與1.8V至5V的數(shù)字設(shè)備通信時(shí)，需通過(guò)VIO引腳提供相應(yīng)的匹配電壓。

其數(shù)字接口兼容傳統(tǒng)SPI協(xié)議，可便捷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

SGM51613R4A采用綠色TQFN-4×4-20AL封裝，SGM51613R8A采用綠色WLCSP-2.39×2.39-20B封裝。兩款器件的工作環(huán)境溫度范圍均為-40℃至+125℃。

特性：

• 16 位，1MSPS SAR ADC
• 無(wú)缺失碼
• 4 通道 (SGM51613R4A)/8 通道 (SGM51613R8A) 多路復(fù)用器
• 支持的輸入類型：
  • 單端
  • 偽差分（參考電壓為 1/2VREF）
  • 偽差分（參考電壓為 GND）
• 模擬輸入范圍：0V 至 VREF，VREF最高可達(dá) VDD
• 電源電壓范圍：
  • 模擬電源：4.5V 至 5.5V
  • I/O 電源：1.8V 至 5.5V
• 積分非線性 (INL)：±2.5LSB（典型值）
• 總諧波失真 (THD)：
  • -98dB（典型值），20kHz（TQFN 封裝）
  • -97dB （典型值）20kHz 時(shí) WLCSP 封裝
• 信噪比加失真 (SINAD)：91.5dBFS（典型值）20kHz
• 功耗
  • 55mW（典型值）1MSPS
  • 5.4mW（典型值）100kSPS
• 待機(jī)電流：1μA（典型值）
• 多種基準(zhǔn)電壓類型
  • 內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：4.096V
  • 外部緩沖基準(zhǔn)電壓：最高可達(dá) VDD- 0.3V
  • 外部基準(zhǔn)電壓：最高可達(dá) VDD
• 支持通道時(shí)序器
• 支持可選單極濾波器和忙碌指示器
• 內(nèi)置溫度傳感器
• 兼容 SPI 的串行接口
• 提供綠色 TQFN-4×4-20AL 和 WLCSP-2.39×2.39-20B 封裝

二、特性亮點(diǎn)

高精度與高速度

• 分辨率與采樣率：具備16位分辨率和1MSPS的采樣率，能滿足大多數(shù)高精度、高速度的應(yīng)用需求。
• 無(wú)失碼設(shè)計(jì)：4通道（SGM51613R4A）/8通道（SGM51613R8A）多路復(fù)用器，支持單端、偽差分（參考1/2VREF）和偽差分（參考GND）等多種輸入類型，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的選擇。

寬輸入范圍與低功耗

• 模擬輸入范圍：模擬輸入范圍為0V到VREF，VREF最高可達(dá)VDD，能適應(yīng)多種信號(hào)源。
• 低功耗設(shè)計(jì)：在1MSPS時(shí)功耗為55mW（典型值），在100kSPS時(shí)功耗為5.4mW（典型值），待機(jī)電流僅為1μA（典型值），非常適合電池供電的設(shè)備。

出色的性能指標(biāo)

• 線性度與失真：積分非線性（INL）為±2.5LSB（典型值），總諧波失真（THD）在20kHz時(shí)，TQFN封裝為 - 98dB（典型值），WLCSP封裝為 - 97dB（典型值），信號(hào) - 噪聲 + 失真（SINAD）在20kHz時(shí)為91.5dBFS（典型值），保證了信號(hào)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 參考類型多樣：支持內(nèi)部參考（4.096V）、外部緩沖參考（最高可達(dá)VDD - 0.3V）和外部參考（最高可達(dá)VDD）等多種參考類型，滿足不同的精度要求。

三、引腳配置與功能

引腳定義

這兩款器件的引腳配置詳細(xì)且合理，不同的引腳承擔(dān)著不同的功能，如VDD為電源引腳，REF為參考輸入/輸出引腳，INx為模擬輸入引腳等。工程師在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，需要根據(jù)引腳的功能和要求進(jìn)行合理的布局和布線。

引腳功能說(shuō)明

• 電源引腳：VDD引腳的電源必須高于參考電壓（內(nèi)部或外部），需連接10μF和100nF的去耦電容，其范圍為4.5V到5.5V。
• 參考引腳：REF引腳需要用10μF的電容去耦到GND，有內(nèi)部參考、外部緩沖參考和直接連接精確參考等三種工作模式。
• 模擬輸入引腳：不同的通道對(duì)應(yīng)不同的模擬輸入引腳，輸入信號(hào)需滿足電氣特性表中規(guī)定的范圍。

四、電氣特性分析

分辨率與輸入電壓范圍

分辨率為16位，模擬輸入電壓范圍根據(jù)不同的輸入模式有所不同，如單端模式、差分模式等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的輸入信號(hào)類型和范圍來(lái)選擇合適的輸入模式。

精度指標(biāo)

包括積分線性度（INL）、差分線性度（DNL）、增益誤差和偏移誤差等，這些指標(biāo)直接影響著ADC的轉(zhuǎn)換精度。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)的精度要求來(lái)評(píng)估這些指標(biāo)是否滿足需求。

交流性能指標(biāo)

如信號(hào) - 噪聲比（SNR）、信號(hào) - 噪聲 + 失真（SINAD）、總諧波失真（THD）和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）等，這些指標(biāo)反映了ADC在交流信號(hào)處理方面的性能。在音頻、通信等應(yīng)用中，這些指標(biāo)尤為重要。

五、時(shí)序特性與操作模式

時(shí)序參數(shù)

包括轉(zhuǎn)換時(shí)間、采集時(shí)間、轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間等，這些參數(shù)決定了ADC的工作速度和效率。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)這些時(shí)序參數(shù)來(lái)合理安排數(shù)據(jù)的采集和處理。

操作模式

SGM51613R4A和SGM51613R8A支持三種操作模式：轉(zhuǎn)換期間讀寫、跨越轉(zhuǎn)換讀寫和轉(zhuǎn)換后讀寫。不同的操作模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，工程師需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求和采樣速度來(lái)選擇合適的操作模式。

六、典型應(yīng)用與電路設(shè)計(jì)

輸入配置

可配置為單端輸入或偽差分輸入，通過(guò)配置寄存器可以選擇不同的輸入模式和通道。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)輸入信號(hào)的特點(diǎn)和系統(tǒng)的要求來(lái)選擇合適的輸入配置。

驅(qū)動(dòng)放大器選擇

為了獲得最佳性能，建議使用輸入緩沖放大器。不同的輸入模式需要選擇不同的驅(qū)動(dòng)放大器電路，如單端輸入、差分輸入到公共參考（GND或1/2VREF）、差分對(duì)輸入等。

電壓參考與溫度傳感器

具有片上低漂移參考，可選擇內(nèi)部參考或外部參考。內(nèi)部溫度傳感器的輸出為單端輸入，參考GND，輸出為直二進(jìn)制碼。在需要測(cè)量溫度的應(yīng)用中，可以利用溫度傳感器的功能。

七、封裝與訂購(gòu)信息

封裝形式

有TQFN - 4×4 - 20AL和WLCSP - 2.39×2.39 - 20B兩種封裝形式，不同的封裝適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。TQFN封裝散熱性能較好，適用于對(duì)散熱要求較高的場(chǎng)合；WLCSP封裝體積小，適用于對(duì)空間要求較高的場(chǎng)合。

訂購(gòu)信息

提供了詳細(xì)的訂購(gòu)編號(hào)、封裝標(biāo)記和包裝選項(xiàng)等信息，方便工程師進(jìn)行采購(gòu)。

八、總結(jié)與思考

SGM51613R4A和SGM51613R8A是兩款性能出色的ADC，具有高精度、高速度、低功耗、寬輸入范圍等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和系統(tǒng)要求，合理選擇輸入模式、操作模式、驅(qū)動(dòng)放大器和參考電壓等，以充分發(fā)揮這兩款器件的性能。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要注意引腳的布局和布線、時(shí)序的匹配以及ESD保護(hù)等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用這兩款A(yù)DC時(shí)，有沒有遇到過(guò)什么問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享。