為了精確獲得溫度、濕度、壓力、位置等真實(shí)世界數(shù)據(jù)，我們需要用傳感器去測(cè)量，并且以電壓和電流的形式輸出電信號(hào)；若要進(jìn)一步分析和利用這些實(shí)時(shí)信號(hào)，要用到被譽(yù)為模擬電路皇冠上明珠的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

在工業(yè) 4.0 加速落地的今天，越來(lái)越多工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景（PLC 的模擬量輸入模塊）需要在信號(hào)鏈中部署 SAR ADC，實(shí)現(xiàn)高性能和高可靠信號(hào)調(diào)理。這些 SAR ADC 需要提供較高的采樣速度和分辨率，適應(yīng)多種輸入信號(hào)范圍要求，且需要在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境中以及全溫度范圍內(nèi)保證性能的穩(wěn)定和一致性。為了滿足這些應(yīng)用場(chǎng)景需求，圣邦微電子推出了 SGM51652H 系列 ADC 產(chǎn)品。

SGM51652H4 和 SGM51652H8 分別是 4 通道和 8 通道 SAR ADC，具有 16 位分辨率，最高 500kSPS 采樣速率（單通道）。這些器件由單個(gè)單極 5V 供電，支持雙極 ±10.24V、±5.12V 和 ±2.56V 輸入，以及 0V 至 10.24V 和 0V 至 5.12V 的單極輸入范圍（輸入范圍可由軟件配置）。ADC 的輸入阻抗不受采樣頻率和輸入范圍配置影響。此外，該 SAR ADC 還在輸入端提供 ±20V 過(guò)電壓保護(hù)，具有片上高精度和低漂移 10ppm 電壓參考源，以及與傳統(tǒng) SPI 協(xié)議兼容的數(shù)字接口，這些功能決定了 SGM51652H4/H8 可廣泛適用于 PLC 模擬信號(hào)采集等工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。

在性能參數(shù)上，SGM51652H4/H8 也是可圈可點(diǎn)。比如其具有 -0.6/+0.9LSB 的 DNL（微分非線性）、±1.3LSB 的 INL（積分非線性）、-99dB 的 THD（總諧波失真），和 89.5dB 的 SNR（信噪比）。在直流和交流主要性能指標(biāo)上，SGM51652H4/H8 也達(dá)到了國(guó)際上高水準(zhǔn)。

圖 1 SGM51652H4 和 SGM51652H8 的 TSSOP-38 引腳配置

想要真正“讀懂”SGM51652H4/H8，了解其在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)中可以提供的價(jià)值，僅看上面列示的這些性能參數(shù)是不夠的，還需要從架構(gòu)上進(jìn)行深入地剖析。

圖 2 SGM51652H4/H8 系統(tǒng)方框圖

SGM51652H4 和 SGM51652H8 每個(gè)模擬輸入通道均配置了一個(gè)過(guò)電壓保護(hù)箝位電路、一個(gè)可編程增益放大器（PGA）和二階低通濾波器，該濾波器在將輸入信號(hào)饋送到 4 或 8 通道模擬多路復(fù)用器（MUX）之前對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了濾波。

片上集成 PGA 是 SGM51652H4/H8 架構(gòu)上的一個(gè)突出亮點(diǎn)。要知道，在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，需要可配置的靈活輸入量程范圍，當(dāng) SAR ADC 需要支持不同的模擬輸入電壓時(shí)，常常需要外接一個(gè) PGA，這無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。而 SGM51652H4/H8 在每個(gè)單獨(dú)的模擬輸入通道上均提供了專門(mén)的 PGA，使每個(gè)通道都具有可配置的靈活輸入范圍。

表 1 SGM51652H4/H8 片上 PGA 使用了一個(gè)匹配度極高的電阻器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行增益配置，此為輸入范圍選擇位（RANGE_CHn[3:0]）詳細(xì)信息

SGM51652H4/H8 在架構(gòu)上另一個(gè)很有匠心的設(shè)計(jì)，就是通過(guò)對(duì)模擬采集前端系統(tǒng)供電的簡(jiǎn)化，使得 SAR ADC 前端只需單 5V 供電即可實(shí)現(xiàn) ±10V，±5V 雙極性信號(hào)的輸入，因此芯片在使用過(guò)程中不再需要外部高壓雙極電源和復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，既節(jié)約了成本又縮小了系統(tǒng)的尺寸。

如果進(jìn)一步探究，我們還會(huì)發(fā)現(xiàn) SGM51652H4/H8 通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來(lái)的其他優(yōu)勢(shì)：

• 輸入過(guò)壓保護(hù)：SGM51652H4/H8 的每個(gè)輸入通道上均有一個(gè)過(guò)電壓保護(hù)（OVP）電路，幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員保護(hù) ADC 輸入免受過(guò)電壓事件的影響。

• 多路復(fù)用器：SGM51652H4 和 SGM51652H8 分別具有集成的 4 通道和 8 通道模擬多路復(fù)用器，所有通道的最大總吞吐量為 500kSPS。

• 支持菊花鏈拓?fù)?/span>：SGM51652H4/H8 可以在沒(méi)有任何特殊硬件或軟件配置的情況下進(jìn)入菊花鏈模式，這在很大程度上可提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)采集和處理能力，并提升應(yīng)用設(shè)計(jì)的靈活性。

可以說(shuō)，正是由于上述一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足了工業(yè)市場(chǎng) PLC 和 DCS 系統(tǒng)模擬量采集單元及其它過(guò)程控制系統(tǒng)的模擬量采集單元的客戶需求。

工業(yè)市場(chǎng)應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性和可靠性有特別高的要求。圣邦微電子通過(guò)二十多年的積累，逐步摸索出了一整套從研發(fā)設(shè)計(jì)仿真、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、批量生產(chǎn)驗(yàn)證測(cè)試到客戶現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用參考設(shè)計(jì)及支持、售后失效分析等產(chǎn)品全生命流程的支持和服務(wù)體系，可為客戶提供全方位服務(wù)和支持。

一、穩(wěn)定可靠的量產(chǎn)測(cè)試。ADC 是高精度數(shù)模混合器件，要實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的高精度，必須在生產(chǎn)測(cè)試中實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)采集。盡管一顆 SAR ADC 在研發(fā)過(guò)程中，其關(guān)鍵的性能都已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中復(fù)現(xiàn)，但能否在批量生產(chǎn)中保持這樣的一致性，確保交付給客戶的每一顆芯片都能達(dá)到同樣的性能，仍是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。為此，圣邦微電子專門(mén)購(gòu)置了先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，配置在封測(cè)廠的生產(chǎn)線上，同時(shí)投入大量的時(shí)間和人力進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)的高精度測(cè)量和高速采集。最終，圣邦微電子成功攻克了一致性這一難題，確保客戶拿到手的每一顆 SGM51652H4/H8 都具有可靠的品質(zhì)和穩(wěn)定的性能。

二、提供完整的系統(tǒng)解決方案。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的要求也是多樣的。圣邦微電子組建了強(qiáng)大的 AE 和 FAE 團(tuán)隊(duì)，深入到工業(yè)自動(dòng)化客戶應(yīng)用的一線，跟客戶一起設(shè)計(jì)、驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)各種不同測(cè)試測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)的解決方案。

三、第一時(shí)間的線上和線下技術(shù)支持服務(wù)。SAR ADC 在完成應(yīng)用開(kāi)發(fā)之后，在實(shí)際的使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)性的失效等問(wèn)題，這時(shí)是否能夠?yàn)榭蛻籼峁┦Х治觥?zhǔn)確定位問(wèn)題，十分考驗(yàn)芯片廠商的持續(xù)技術(shù)支持能力。在這方面，圣邦微電子也已經(jīng)做足了準(zhǔn)備，技術(shù)專家可以隨時(shí)提供服務(wù)。

在工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，繼 SGM51652H4/H8 系列產(chǎn)品之后，圣邦將持續(xù)推出更多的系列產(chǎn)品，覆蓋工業(yè)儀表、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、醫(yī)療設(shè)備等更多細(xì)分市場(chǎng)；同時(shí)，憑借我們?cè)谀M芯片上廣泛的品類覆蓋，為客戶提供完整的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼 300661）專注于高性能、高品質(zhì)模擬集成電路的研發(fā)和銷售。產(chǎn)品覆蓋信號(hào)鏈和電源管理兩大領(lǐng)域，擁有 30 大類 4300 余款可供銷售型號(hào)，全部自主研發(fā)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車電子、通信設(shè)備、消費(fèi)類電子和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域，以及物聯(lián)網(wǎng)、新能源和人工智能等新興市場(chǎng)。