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

在电子工程师的日常设计中，模拟 - 数字转换器（ADC）是一个关键组件，它直接影响着系统的性能和精度。今天，我们就来详细探讨一下SG Micro Corp推出的SGM51613R4A和SGM51613R8A这两款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是两款功能强大的ADC，它们采用单电源VDD供电，一般为5V，能与1.8V - 5V的数字设备进行通信，此时VIO需相应地提供合适的电压。其数字接口兼容传统的SPI协议，这为工程师在设计时提供了很大的便利性。这两款器件有Green TQFN - 4×4 - 20AL和WLCSP - 2.39×2.39 - 20B两种封装形式，能在 - 40℃到 + 125℃的环境温度范围内稳定工作。

圣邦微电子 SGM51613R4A与SGM51613R8A是两款16位逐次逼近（SAR）模数转换器（ADC），分别为4通道和8通道版本。

该器件采用单电源VDD供电，典型供电电压为5V。

当需要与1.8V至5V的数字设备通信时，需通过VIO引脚提供相应的匹配电压。

其数字接口兼容传统SPI协议，可便捷实现数据传输。

SGM51613R4A采用绿色TQFN-4×4-20AL封装，SGM51613R8A采用绿色WLCSP-2.39×2.39-20B封装。两款器件的工作环境温度范围均为-40℃至+125℃。

特性：

• 16 位，1MSPS SAR ADC
• 无缺失码
• 4 通道 (SGM51613R4A)/8 通道 (SGM51613R8A) 多路复用器
• 支持的输入类型：
  • 单端
  • 伪差分（参考电压为 1/2VREF）
  • 伪差分（参考电压为 GND）
• 模拟输入范围：0V 至 VREF，VREF最高可达 VDD
• 电源电压范围：
  • 模拟电源：4.5V 至 5.5V
  • I/O 电源：1.8V 至 5.5V
• 积分非线性 (INL)：±2.5LSB（典型值）
• 总谐波失真 (THD)：
  • -98dB（典型值），20kHz（TQFN 封装）
  • -97dB （典型值）20kHz 时 WLCSP 封装
• 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
• 待机电流：1μA（典型值）
• 多种基准电压类型
  • 内部基准电压：4.096V
  • 外部缓冲基准电压：最高可达 VDD- 0.3V
  • 外部基准电压：最高可达 VDD
• 支持通道时序器
• 支持可选单极滤波器和忙碌指示器
• 内置温度传感器
• 兼容 SPI 的串行接口
• 提供绿色 TQFN-4×4-20AL 和 WLCSP-2.39×2.39-20B 封装

二、特性亮点

高精度与高速度

• 分辨率与采样率：具备16位分辨率和1MSPS的采样率，能满足大多数高精度、高速度的应用需求。
• 无失码设计：4通道（SGM51613R4A）/8通道（SGM51613R8A）多路复用器，支持单端、伪差分（参考1/2VREF）和伪差分（参考GND）等多种输入类型，为不同的应用场景提供了灵活的选择。

宽输入范围与低功耗

• 模拟输入范围：模拟输入范围为0V到VREF，VREF最高可达VDD，能适应多种信号源。
• 低功耗设计：在1MSPS时功耗为55mW（典型值），在100kSPS时功耗为5.4mW（典型值），待机电流仅为1μA（典型值），非常适合电池供电的设备。

出色的性能指标

• 线性度与失真：积分非线性（INL）为±2.5LSB（典型值），总谐波失真（THD）在20kHz时，TQFN封装为 - 98dB（典型值），WLCSP封装为 - 97dB（典型值），信号 - 噪声 + 失真（SINAD）在20kHz时为91.5dBFS（典型值），保证了信号转换的准确性。
• 参考类型多样：支持内部参考（4.096V）、外部缓冲参考（最高可达VDD - 0.3V）和外部参考（最高可达VDD）等多种参考类型，满足不同的精度要求。

三、引脚配置与功能

引脚定义

这两款器件的引脚配置详细且合理，不同的引脚承担着不同的功能，如VDD为电源引脚，REF为参考输入/输出引脚，INx为模拟输入引脚等。工程师在设计PCB时，需要根据引脚的功能和要求进行合理的布局和布线。

引脚功能说明

• 电源引脚：VDD引脚的电源必须高于参考电压（内部或外部），需连接10μF和100nF的去耦电容，其范围为4.5V到5.5V。
• 参考引脚：REF引脚需要用10μF的电容去耦到GND，有内部参考、外部缓冲参考和直接连接精确参考等三种工作模式。
• 模拟输入引脚：不同的通道对应不同的模拟输入引脚，输入信号需满足电气特性表中规定的范围。

四、电气特性分析

分辨率与输入电压范围

分辨率为16位，模拟输入电压范围根据不同的输入模式有所不同，如单端模式、差分模式等。在实际应用中，需要根据具体的输入信号类型和范围来选择合适的输入模式。

精度指标

包括积分线性度（INL）、差分线性度（DNL）、增益误差和偏移误差等，这些指标直接影响着ADC的转换精度。工程师在设计时，需要根据系统的精度要求来评估这些指标是否满足需求。

交流性能指标

如信号 - 噪声比（SNR）、信号 - 噪声 + 失真（SINAD）、总谐波失真（THD）和无杂散动态范围（SFDR）等，这些指标反映了ADC在交流信号处理方面的性能。在音频、通信等应用中，这些指标尤为重要。

五、时序特性与操作模式

时序参数

包括转换时间、采集时间、转换间隔时间等，这些参数决定了ADC的工作速度和效率。在设计系统时，需要根据这些时序参数来合理安排数据的采集和处理。

操作模式

SGM51613R4A和SGM51613R8A支持三种操作模式：转换期间读写、跨越转换读写和转换后读写。不同的操作模式适用于不同的应用场景，工程师需要根据系统的实时性要求和采样速度来选择合适的操作模式。

六、典型应用与电路设计

输入配置

可配置为单端输入或伪差分输入，通过配置寄存器可以选择不同的输入模式和通道。在实际应用中，需要根据输入信号的特点和系统的要求来选择合适的输入配置。

驱动放大器选择

为了获得最佳性能，建议使用输入缓冲放大器。不同的输入模式需要选择不同的驱动放大器电路，如单端输入、差分输入到公共参考（GND或1/2VREF）、差分对输入等。

电压参考与温度传感器

具有片上低漂移参考，可选择内部参考或外部参考。内部温度传感器的输出为单端输入，参考GND，输出为直二进制码。在需要测量温度的应用中，可以利用温度传感器的功能。

七、封装与订购信息

封装形式

有TQFN - 4×4 - 20AL和WLCSP - 2.39×2.39 - 20B两种封装形式，不同的封装适用于不同的应用场景。TQFN封装散热性能较好，适用于对散热要求较高的场合；WLCSP封装体积小，适用于对空间要求较高的场合。

订购信息

提供了详细的订购编号、封装标记和包装选项等信息，方便工程师进行采购。

八、总结与思考

SGM51613R4A和SGM51613R8A是两款性能出色的ADC，具有高精度、高速度、低功耗、宽输入范围等优点。在实际应用中，工程师需要根据具体的应用场景和系统要求，合理选择输入模式、操作模式、驱动放大器和参考电压等，以充分发挥这两款器件的性能。同时，在设计过程中，还需要注意引脚的布局和布线、时序的匹配以及ESD保护等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这两款ADC时，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。