為了精確獲得溫度、濕度、壓力、位置等真實世界數(shù)據(jù)，我們需要用傳感器去測量，并且以電壓和電流的形式輸出電信號；若要進一步分析和利用這些實時信號，要用到被譽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，越來越多工業(yè)自動化應(yīng)用場景（PLC 的模擬量輸入模塊）需要在信號鏈中部署 SAR ADC，實現(xiàn)高性能和高可靠信號調(diào)理。這些 SAR ADC 需要提供較高的采樣速度和分辨率，適應(yīng)多種輸入信號范圍要求，且需要在工業(yè)現(xiàn)場復(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 過電壓保護，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 模擬信號采集等工業(yè)自動化應(yīng)用。

在性能參數(shù)上，SGM51652H4/H8 也是可圈可點。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上，SGM51652H4/H8 也達到了國際上高水準。

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

想要真正“讀懂”SGM51652H4/H8，了解其在實際應(yīng)用設(shè)計中可以提供的價值，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)上進行深入地剖析。

圖 2 SGM51652H4/H8 系統(tǒng)方框圖

SGM51652H4 和 SGM51652H8 每個模擬輸入通道均配置了一個過電壓保護箝位電路、一個可編程增益放大器（PGA）和二階低通濾波器，該濾波器在將輸入信號饋送到 4 或 8 通道模擬多路復(fù)用器（MUX）之前對輸入信號進行了濾波。

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

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

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

如果進一步探究，我們還會發(fā)現(xiàn) SGM51652H4/H8 通過設(shè)計優(yōu)化帶來的其他優(yōu)勢：

• 輸入過壓保護：SGM51652H4/H8 的每個輸入通道上均有一個過電壓保護（OVP）電路，幫助系統(tǒng)設(shè)計人員保護 ADC 輸入免受過電壓事件的影響。

• 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。

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

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

工業(yè)市場應(yīng)用對產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性和可靠性有特別高的要求。圣邦微電子通過二十多年的積累，逐步摸索出了一整套從研發(fā)設(shè)計仿真、實驗室測試、批量生產(chǎn)驗證測試到客戶現(xiàn)場應(yīng)用參考設(shè)計及支持、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)測試。ADC 是高精度數(shù)?；旌掀骷?，要實現(xiàn)指標的高精度，必須在生產(chǎn)測試中實現(xiàn)高精度的信號采集。盡管一顆 SAR ADC 在研發(fā)過程中，其關(guān)鍵的性能都已經(jīng)在實驗室測試中復(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到同樣的性能，仍是一個極大的挑戰(zhàn)。為此，圣邦微電子專門購置了先進的測試設(shè)備，配置在封測廠的生產(chǎn)線上，同時投入大量的時間和人力進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了測試設(shè)備系統(tǒng)的高精度測量和高速采集。最終，圣邦微電子成功攻克了一致性這一難題，確?？蛻裟玫绞值拿恳活w 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)場應(yīng)用場景的多樣化，對信號采集系統(tǒng)的要求也是多樣的。圣邦微電子組建了強大的 AE 和 FAE 團隊，深入到工業(yè)自動化客戶應(yīng)用的一線，跟客戶一起設(shè)計、驗證，實現(xiàn)各種不同測試測量信號系統(tǒng)的解決方案。

三、第一時間的線上和線下技術(shù)支持服務(wù)。SAR ADC 在完成應(yīng)用開發(fā)之后，在實際的使用過程中難免會出現(xiàn)偶發(fā)性的失效等問題，這時是否能夠為客戶提供失效分析、準確定位問題，十分考驗芯片廠商的持續(xù)技術(shù)支持能力。在這方面，圣邦微電子也已經(jīng)做足了準備，技術(shù)專家可以隨時提供服務(wù)。

在工業(yè)應(yīng)用市場，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、實驗室測試、醫(yī)療設(shè)備等更多細分市場；同時，憑借我們在模擬芯片上廣泛的品類覆蓋，為客戶提供完整的系統(tǒng)級解決方案。

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，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。