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

在電子工程師的日常設計中，模擬 - 數字轉換器（ADC）是一個關鍵組件，它直接影響著系統的性能和精度。今天，我們就來詳細探討一下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是兩款功能強大的ADC，它們采用單電源VDD供電，一般為5V，能與1.8V - 5V的數字設備進行通信，此時VIO需相應地提供合適的電壓。其數字接口兼容傳統的SPI協議，這為工程師在設計時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℃的環境溫度范圍內穩定工作。

圣邦微電子 SGM51613R4A與SGM51613R8A是兩款16位逐次逼近（SAR）模數轉換器（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。

當需要與1.8V至5V的數字設備通信時，需通過VIO引腳提供相應的匹配電壓。

其數字接口兼容傳統SPI協議，可便捷實現數據傳輸。

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

特性：

• 16 位，1MSPS SAR ADC
• 無缺失碼
• 4 通道 (SGM51613R4A)/8 通道 (SGM51613R8A) 多路復用器
• 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 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 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
• 待機電流：1μA（典型值）
• 多種基準電壓類型
  • 內部基準電壓：4.096V
  • 外部緩沖基準電壓：最高可達 VDD- 0.3V
  • 外部基準電壓：最高可達 VDD
• 支持通道時序器
• 支持可選單極濾波器和忙碌指示器
• 內置溫度傳感器
• 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

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，能滿足大多數高精度、高速度的應用需求。
• 無失碼設計：4通道（SGM51613R4A）/8通道（SGM51613R8A）多路復用器，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，為不同的應用場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VDD，能適應多種信號源。
• 低功耗設計：在1MSPS時功耗為55mW（典型值），在100kSPS時功耗為5.4mW（典型值），待機電流僅為1μA（典型值），非常適合電池供電的設備。

出色的性能指標

• 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，TQFN封裝為 - 98dB（典型值），WLCSP封裝為 - 97dB（典型值），信號 - 噪聲 + 失真（SINAD）在20kHz時為91.5dBFS（典型值），保證了信號轉換的準確性。
• 參考類型多樣：支持內部參考（4.096V）、外部緩沖參考（最高可達VDD - 0.3V）和外部參考（最高可達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且合理，不同的引腳承擔著不同的功能，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。工程師在設計PCB時，需要根據引腳的功能和要求進行合理的布局和布線。

引腳功能說明

• 電源引腳：VDD引腳的電源必須高于參考電壓（內部或外部），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：不同的通道對應不同的模擬輸入引腳，輸入信號需滿足電氣特性表中規定的范圍。

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不同的輸入模式有所不同，如單端模式、差分模式等。在實際應用中，需要根據具體的輸入信號類型和范圍來選擇合適的輸入模式。

精度指標

包括積分線性度（INL）、差分線性度（DNL）、增益誤差和偏移誤差等，這些指標直接影響著ADC的轉換精度。工程師在設計時，需要根據系統的精度要求來評估這些指標是否滿足需求。

交流性能指標

如信號 - 噪聲比（SNR）、信號 - 噪聲 + 失真（SINAD）、總諧波失真（THD）和無雜散動態范圍（SFDR）等，這些指標反映了ADC在交流信號處理方面的性能。在音頻、通信等應用中，這些指標尤為重要。

五、時序特性與操作模式

時序參數

包括轉換時間、采集時間、轉換間隔時間等，這些參數決定了ADC的工作速度和效率。在設計系統時，需要根據這些時序參數來合理安排數據的采集和處理。

操作模式

SGM51613R4A和SGM51613R8A支持三種操作模式：轉換期間讀寫、跨越轉換讀寫和轉換后讀寫。不同的操作模式適用于不同的應用場景，工程師需要根據系統的實時性要求和采樣速度來選擇合適的操作模式。

六、典型應用與電路設計

輸入配置

可配置為單端輸入或偽差分輸入，通過配置寄存器可以選擇不同的輸入模式和通道。在實際應用中，需要根據輸入信號的特點和系統的要求來選擇合適的輸入配置。

驅動放大器選擇

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動放大器電路，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，可選擇內部參考或外部參考。內部溫度傳感器的輸出為單端輸入，參考GND，輸出為直二進制碼。在需要測量溫度的應用中，可以利用溫度傳感器的功能。

七、封裝與訂購信息

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用場景。TQFN封裝散熱性能較好，適用于對散熱要求較高的場合；WLCSP封裝體積小，適用于對空間要求較高的場合。

訂購信息

提供了詳細的訂購編號、封裝標記和包裝選項等信息，方便工程師進行采購。

八、總結與思考

SGM51613R4A和SGM51613R8A是兩款性能出色的ADC，具有高精度、高速度、低功耗、寬輸入范圍等優點。在實際應用中，工程師需要根據具體的應用場景和系統要求，合理選擇輸入模式、操作模式、驅動放大器和參考電壓等，以充分發揮這兩款器件的性能。同時，在設計過程中，還需要注意引腳的布局和布線、時序的匹配以及ESD保護等問題，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用這兩款ADC時，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。