SGM5202-14：一款高性能的14位8通道ADC

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天我們要介紹的SGM5202-14，是SG Micro Corp推出的一款低功耗、14位、1MSPS、8通道單極性輸入的逐次逼近型（SAR）模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），它具備諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

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產(chǎn)品概述

SGM5202-14是一款高精度、多通道輸入的ADC，支持8個(gè)單端輸入。它需要與外部電壓參考配合工作，參考電壓范圍為1.2V至4.2V。數(shù)字接口與傳統(tǒng)的SPI協(xié)議兼容，工作溫度范圍為 -40℃ 至 +125℃，有綠色TQFN - 4×4 - 24L和TSSOP - 24兩種封裝形式。

關(guān)鍵特性

電源電壓范圍

• 模擬電源：2.7V至5.5V。
• 數(shù)字I/O電源：2.7V至 (V_{A}+0.2 ~V)。

采樣率

最高可達(dá)1MSPS，能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

出色的DC性能

• 積分非線性（INL）：在2.7V時(shí)，典型值為±2LSB，最大值為6LSB。
• 差分非線性（DNL）：在2.7V時(shí)，典型值為±0.7LSB，最大值為3LSB。

優(yōu)異的AC性能（5V， (f_{IN}=1 kHz) ）

• 信噪比（SNR）：典型值為81.5dB。
• 無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：典型值為90.4dB。
• 總諧波失真（THD）：典型值為 -87.9dB。

其他特性

• 靈活的輸入多路復(fù)用器，方便選擇不同的輸入通道。
• 支持菊花鏈連接，便于擴(kuò)展多個(gè)ADC。
• SPI兼容的串行接口，方便與微控制器等設(shè)備進(jìn)行通信。

電氣特性

模擬輸入

• 滿量程輸入電壓范圍為0至 (V_{REF})。
• 絕對(duì)輸入電壓范圍為AGND - 0.2V至 (V_{A}+0.2 ~V)。
• 輸入電容為40pF。
• 未選中的ADC輸入的輸入泄漏電流為 -1μA至1μA。

系統(tǒng)性能

• 分辨率為14位。
• 積分非線性和差分非線性表現(xiàn)出色，確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 偏移誤差和增益誤差較小，且具有較好的溫度穩(wěn)定性。

采樣動(dòng)態(tài)特性

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間為18個(gè)CCLK周期。
• 采集時(shí)間在手動(dòng)觸發(fā)模式和自動(dòng)觸發(fā)模式下均為3個(gè)CCLK周期。
• 吞吐量率最高可達(dá)1MSPS。

動(dòng)態(tài)特性

• 總諧波失真、信噪比、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)在不同輸入頻率下表現(xiàn)良好。
• 串?dāng)_較小， -3dB小信號(hào)帶寬較寬。

工作模式

手動(dòng)通道選擇模式

需要分兩步進(jìn)入該模式。首先設(shè)置配置寄存器（CFR）以啟用手動(dòng)通道選擇模式，然后通過(guò)配置命令寄存器（CMR）設(shè)置目標(biāo)通道號(hào)。

自動(dòng)通道選擇模式

芯片會(huì)按固定順序掃描所有通道并重復(fù)循環(huán)。循環(huán)掃描的第一個(gè)通道是手動(dòng)通道模式下的通道。當(dāng)CFR位D[11]清零時(shí)，芯片退出掃描循環(huán)。

轉(zhuǎn)換啟動(dòng)

• 輸入信號(hào)在nCONVST的下降沿采樣，該引腳應(yīng)至少保持低電平60ns。采樣后，轉(zhuǎn)換立即開(kāi)始，轉(zhuǎn)換時(shí)間為18個(gè)CCLK周期。
• 也可以通過(guò)內(nèi)部觸發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觸發(fā)模式，將CFR位D[9]配置為0即可。在自動(dòng)觸發(fā)模式下，轉(zhuǎn)換完成后，若CFR位D[8]設(shè)置為0，再過(guò)3個(gè)CCLK周期，下一次轉(zhuǎn)換將自動(dòng)觸發(fā)。

電源管理

芯片具有3種電源管理模式：Nap、Deep和Auto - Nap，均由CFR的相應(yīng)位控制。

• Nap模式：?jiǎn)⒂煤?，功耗?00ns內(nèi)降至約2.6mA，喚醒時(shí)間為3個(gè)CCLK周期。
• Deep模式：?jiǎn)⒂煤?，芯片關(guān)閉，功耗在50ns內(nèi)降至約25.2μA，喚醒時(shí)間約為150μs。
• Auto - Nap模式：轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)進(jìn)入Nap模式，功耗在200ns內(nèi)降至約2.6mA，喚醒方式與Nap模式類似，喚醒時(shí)間為3個(gè)CCLK周期。

編程與接口

數(shù)字接口

SCLK操作頻率最高可達(dá)50MHz（ (V{A}=V{B D}=5 ~V) ），每個(gè)操作幀從FS/nCS的下降沿開(kāi)始，數(shù)據(jù)輸入和輸出均在SCLK的下降沿讀取。接口采用典型的SPI設(shè)置 (CPOL = 1) 和 (CPHA = 0)。

內(nèi)部寄存器

由4位的命令寄存器（CMR）和12位的配置寄存器（CFR）組成。支持4位寫(xiě)入CMR和16位同時(shí)寫(xiě)入CMR和CFR兩種方式。

讀取配置寄存器

通過(guò)發(fā)送讀取命令1100b可以讀取CFR的內(nèi)容，讀取的數(shù)據(jù)由4位（MSBs）先前的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和12位CFR內(nèi)容組成。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

當(dāng)nEOC變高時(shí)，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果可用，并在FS/nCS的下一個(gè)下降沿呈現(xiàn)到輸出寄存器。主機(jī)控制器可以在除受限的安靜區(qū)外的任何時(shí)間從SDO引腳移出數(shù)據(jù)。

TAG模式

支持TAG功能，用于指示ADC結(jié)果來(lái)自哪個(gè)輸入通道。啟用TAG后，至少需要19個(gè)SCLK周期才能讀取所有數(shù)據(jù)，TAG位附加在ADC結(jié)果的末尾。

菊花鏈模式

支持菊花鏈連接，通過(guò)CFR位D[5]可將nEOC/nINT引腳配置為鏈數(shù)據(jù)輸入（CDI）引腳。在菊花鏈連接中，nCS必須在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸期間保持低電平。

應(yīng)用信息

典型連接

提供了一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集電路，包括信號(hào)調(diào)理、電源和參考電壓等部分。

電源供應(yīng)建議

建議先給模擬電源 (V{A}) 上電，再給數(shù)字接口電源 (V{BD}) 上電，且 (V{BD}) 不應(yīng)高于 (V{A})。上電后，芯片至少需要2ms才能準(zhǔn)備好工作。

總結(jié)

SGM5202-14憑借其高精度、高采樣率、低功耗以及豐富的功能特性，適用于工業(yè)過(guò)程控制、工廠自動(dòng)化設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室儀器等多種應(yīng)用場(chǎng)景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分利用其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和處理。你在使用類似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。