圣邦微电子推出面向工业市场的高精度 SAR ADC SGM51652H4/H8-电子发烧友网

关键词：16 位分辨率；4 通道/8 通道；双极输入；片上集成 PGA

为了精确获得温度、湿度、压力、位置等真实世界数据，我们需要用传感器去测量，并且以电压和电流的形式输出电信号；若要进一步分析和利用这些实时信号，要用到被誉为模拟电路皇冠上明珠的模数转换器（ADC）。

在工业 4.0 加速落地的今天，越来越多工业自动化应用场景（PLC 的模拟量输入模块）需要在信号链中部署 SAR ADC，实现高性能和高可靠信号调理。这些 SAR ADC 需要提供较高的采样速度和分辨率，适应多种输入信号范围要求，且需要在工业现场复杂的环境中以及全温度范围内保证性能的稳定和一致性。为了满足这些应用场景需求，圣邦微电子推出了 SGM51652H 系列 ADC 产品。

优异的性能

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SGM51652H4 和 SGM51652H8 分别是 4 通道和 8 通道 SAR ADC，具有 16 位分辨率，最高 500kSPS 采样速率（单通道）。这些器件由单个单极 5V 供电，支持双极 ±10.24V、±5.12V 和 ±2.56V 输入，以及 0V 至 10.24V 和 0V 至 5.12V 的单极输入范围（输入范围可由软件配置）。ADC 的输入阻抗不受采样频率和输入范围配置影响。此外，该 SAR ADC 还在输入端提供 ±20V 过电压保护，具有片上高精度和低漂移 10ppm 电压参考源，以及与传统 SPI 协议兼容的数字接口，这些功能决定了 SGM51652H4/H8 可广泛适用于 PLC 模拟信号采集等工业自动化应用。

在性能参数上，SGM51652H4/H8 也是可圈可点。比如其具有 -0.6/+0.9LSB 的 DNL（微分非线性）、±1.3LSB 的 INL（积分非线性）、-99dB 的 THD（总谐波失真），和 89.5dB 的 SNR（信噪比）。在直流和交流主要性能指标上，SGM51652H4/H8 也达到了国际上高水准。

图 1 SGM51652H4 和 SGM51652H8 的 TSSOP-38 引脚配置

独特的架构

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想要真正“读懂”SGM51652H4/H8，了解其在实际应用设计中可以提供的价值，仅看上面列示的这些性能参数是不够的，还需要从架构上进行深入地剖析。

图 2 SGM51652H4/H8 系统方框图

SGM51652H4 和 SGM51652H8 每个模拟输入通道均配置了一个过电压保护箝位电路、一个可编程增益放大器（PGA）和二阶低通滤波器，该滤波器在将输入信号馈送到 4 或 8 通道模拟多路复用器（MUX）之前对输入信号进行了滤波。

片上集成 PGA 是 SGM51652H4/H8 架构上的一个突出亮点。要知道，在工业过程控制系统中，需要可配置的灵活输入量程范围，当 SAR ADC 需要支持不同的模拟输入电压时，常常需要外接一个 PGA，这无疑会增加系统的复杂性和成本。而 SGM51652H4/H8 在每个单独的模拟输入通道上均提供了专门的 PGA，使每个通道都具有可配置的灵活输入范围。

表 1 SGM51652H4/H8 片上 PGA 使用了一个匹配度极高的电阻器网络进行增益配置，此为输入范围选择位（RANGE_CHn[3:0]）详细信息

SGM51652H4/H8 在架构上另一个很有匠心的设计，就是通过对模拟采集前端系统供电的简化，使得 SAR ADC 前端只需单 5V 供电即可实现 ±10V，±5V 双极性信号的输入，因此芯片在使用过程中不再需要外部高压双极电源和复杂的驱动电路，既节约了成本又缩小了系统的尺寸。

如果进一步探究，我们还会发现 SGM51652H4/H8 通过设计优化带来的其他优势：

输入过压保护：SGM51652H4/H8 的每个输入通道上均有一个过电压保护（OVP）电路，帮助系统设计人员保护 ADC 输入免受过电压事件的影响。
多路复用器：SGM51652H4 和 SGM51652H8 分别具有集成的 4 通道和 8 通道模拟多路复用器，所有通道的最大总吞吐量为 500kSPS。
支持菊花链拓扑：SGM51652H4/H8 可以在没有任何特殊硬件或软件配置的情况下进入菊花链模式，这在很大程度上可提高数据采集系统的信号采集和处理能力，并提升应用设计的灵活性。

可以说，正是由于上述一系列优化设计，满足了工业市场 PLC 和 DCS 系统模拟量采集单元及其它过程控制系统的模拟量采集单元的客户需求。

体系化优势

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工业市场应用对产品的一致性、稳定性和可靠性有特别高的要求。圣邦微电子通过二十多年的积累，逐步摸索出了一整套从研发设计仿真、实验室测试、批量生产验证测试到客户现场应用参考设计及支持、售后失效分析等产品全生命流程的支持和服务体系，可为客户提供全方位服务和支持。

一、稳定可靠的量产测试。ADC 是高精度数模混合器件，要实现指标的高精度，必须在生产测试中实现高精度的信号采集。尽管一颗 SAR ADC 在研发过程中，其关键的性能都已经在实验室测试中复现，但能否在批量生产中保持这样的一致性，确保交付给客户的每一颗芯片都能达到同样的性能，仍是一个极大的挑战。为此，圣邦微电子专门购置了先进的测试设备，配置在封测厂的生产线上，同时投入大量的时间和人力进行二次开发，实现了测试设备系统的高精度测量和高速采集。最终，圣邦微电子成功攻克了一致性这一难题，确保客户拿到手的每一颗 SGM51652H4/H8 都具有可靠的品质和稳定的性能。

二、提供完整的系统解决方案。工业现场应用场景的多样化，对信号采集系统的要求也是多样的。圣邦微电子组建了强大的 AE 和 FAE 团队，深入到工业自动化客户应用的一线，跟客户一起设计、验证，实现各种不同测试测量信号系统的解决方案。

三、第一时间的线上和线下技术支持服务。SAR ADC 在完成应用开发之后，在实际的使用过程中难免会出现偶发性的失效等问题，这时是否能够为客户提供失效分析、准确定位问题，十分考验芯片厂商的持续技术支持能力。在这方面，圣邦微电子也已经做足了准备，技术专家可以随时提供服务。

竞逐 SAR ADC 赛道

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在工业应用市场，继 SGM51652H4/H8 系列产品之后，圣邦将持续推出更多的系列产品，覆盖工业仪表、实验室测试、医疗设备等更多细分市场；同时，凭借我们在模拟芯片上广泛的品类覆盖，为客户提供完整的系统级解决方案。

关于圣邦微电子

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圣邦微电子（北京）股份有限公司（股票代码 300661）专注于高性能、高品质模拟集成电路的研发和销售。产品覆盖信号链和电源管理两大领域，拥有 30 大类 4300 余款可供销售型号，全部自主研发，广泛应用于工业、汽车电子、通信设备、消费类电子和医疗仪器等领域，以及物联网、新能源和人工智能等新兴市场。