關鍵詞：16 位分辨率；4 通道/8 通道；雙極輸入；片上集成 PGA

為了精確獲得溫度、濕度、壓力、位置等真實世界數據，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轉換器（ADC）。

在工業 4.0 加速落地的今天，越來越多工業自動化應用場景（PLC 的模擬量輸入模塊）需要在信號鏈中部署 SAR ADC，實現高性能和高可靠信號調理。這些 SAR ADC 需要提供較高的采樣速度和分辨率，適應多種輸入信號范圍要求，且需要在工業現場復雜的環境中以及全溫度范圍內保證性能的穩定和一致性。為了滿足這些應用場景需求，圣邦微電子推出了 SGM51652H 系列 ADC 產品。

優異的性能

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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 SPI 協議兼容的數字接口，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自動化應用。

在性能參數上，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

獨特的架構

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想要真正“讀懂”SGM51652H4/H8，了解其在實際應用設計中可以提供的價值，僅看上面列示的這些性能參數是不夠的，還需要從架構上進行深入地剖析。

圖 2 SGM51652H4/H8 系統方框圖

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 架構上的一個突出亮點。要知道，在工業過程控制系統中，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，這無疑會增加系統的復雜性和成本。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絡進行增益配置，此為輸入范圍選擇位（RANGE_CHn[3:0]）詳細信息

SGM51652H4/H8 在架構上另一個很有匠心的設計，就是通過對模擬采集前端系統供電的簡化，使得 SAR ADC 前端只需單 5V 供電即可實現 ±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雜的驅動電路，既節約了成本又縮小了系統的尺寸。

如果進一步探究，我們還會發現 SGM51652H4/H8 通過設計優化帶來的其他優勢：

• 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，幫助系統設計人員保護 ADC 輸入免受過電壓事件的影響。

• 多路復用器：SGM51652H4 和 SGM51652H8 分別具有集成的 4 通道和 8 通道模擬多路復用器，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據采集系統的信號采集和處理能力，并提升應用設計的靈活性。

可以說，正是由于上述一系列優化設計，滿足了工業市場 PLC 和 DCS 系統模擬量采集單元及其它過程控制系統的模擬量采集單元的客戶需求。

體系化優勢

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工業市場應用對產品的一致性、穩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設計仿真、實驗室測試、批量生產驗證測試到客戶現場應用參考設計及支持、售后失效分析等產品全生命流程的支持和服務體系，可為客戶提供全方位服務和支持。

一、穩定可靠的量產測試。ADC 是高精度數模混合器件，要實現指標的高精度，必須在生產測試中實現高精度的信號采集。盡管一顆 SAR ADC 在研發過程中，其關鍵的性能都已經在實驗室測試中復現，但能否在批量生產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。為此，圣邦微電子專門購置了先進的測試設備，配置在封測廠的生產線上，同時投入大量的時間和人力進行二次開發，實現了測試設備系統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，確保客戶拿到手的每一顆 SGM51652H4/H8 都具有可靠的品質和穩定的性能。

二、提供完整的系統解決方案。工業現場應用場景的多樣化，對信號采集系統的要求也是多樣的。圣邦微電子組建了強大的 AE 和 FAE 團隊，深入到工業自動化客戶應用的一線，跟客戶一起設計、驗證，實現各種不同測試測量信號系統的解決方案。

三、第一時間的線上和線下技術支持服務。SAR ADC 在完成應用開發之后，在實際的使用過程中難免會出現偶發性的失效等問題，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技術支持能力。在這方面，圣邦微電子也已經做足了準備，技術專家可以隨時提供服務。

競逐 SAR ADC 賽道

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在工業應用市場，繼 SGM51652H4/H8 系列產品之后，圣邦將持續推出更多的系列產品，覆蓋工業儀表、實驗室測試、醫療設備等更多細分市場；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級解決方案。

關于圣邦微電子

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圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼 300661）專注于高性能、高品質模擬集成電路的研發和銷售。產品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領域，擁有 30 大類 4300 余款可供銷售型號，全部自主研發，廣泛應用于工業、汽車電子、通信設備、消費類電子和醫療儀器等領域，以及物聯網、新能源和人工智能等新興市場。

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