SGM58600/SGM58601/SGM58602：超低噪聲24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的深度剖析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是實現(xiàn)信號準(zhǔn)確采集和處理的關(guān)鍵組件。SGMICRO推出的SGM58600、SGM58601和SGM58602系列超低噪聲24位ADC，憑借其出色的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了強大的競爭力。今天，我們就來深入了解一下這三款芯片。

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1. 芯片概述

SGM58600、SGM58601和SGM58602是低噪聲、24位、60kSPS的Sigma-Delta（Σ-Δ）模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它們采用了四階Sigma-Delta調(diào)制器和五階Sinc濾波器（Sinc5），優(yōu)化了低噪聲性能。同時，靈活的輸入多路復(fù)用器支持單端輸入或差分輸入配置，并且具有可選的輸入緩沖器，可增加輸入阻抗。低噪聲可編程增益放大器（PGA）提供1到128的二進(jìn)制增益步長，還具備SPI兼容接口。

1.1 封裝與溫度范圍

這三款芯片提供了多種封裝選擇：

• SGM58600：有Green SSOP - 20和TQFN - 3.5×3.5 - 20L封裝。
• SGM58601：有Green SSOP - 28和TQFN - 5×5 - 28L封裝。
• SGM58602：有Green TQFN - 5×5 - 20L封裝。

它們的工作溫度范圍均為 - 40℃到 + 125℃，能夠適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 電源電壓范圍

• 模擬電源：5V。
• 數(shù)字電源：2.7V到5V。

這種寬電源電壓范圍為設(shè)計帶來了更大的靈活性，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.2 高分辨率與低噪聲

• 無噪聲分辨率高達(dá)22位，能夠提供高精度的信號轉(zhuǎn)換。
• 數(shù)據(jù)輸出速率最高可達(dá)60kSPS，在不同的數(shù)據(jù)速率下都能保持良好的性能。
• 積分非線性（INL）在PGA[2:0] = 1時典型值為0.0012%FSR，確保了轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 靈活的輸入配置

• SGM58600支持2個單端輸入或1個差分輸入。
• SGM58601支持8個單端輸入或4個差分輸入。
• SGM58602支持3個單端輸入或2個差分輸入。

這種靈活的輸入配置可以滿足不同應(yīng)用場景下對輸入信號的要求。

2.4 低噪聲可編程增益放大器

輸入?yún)⒖荚肼暤椭?0nV，能夠有效抑制噪聲干擾，提高信號質(zhì)量。

2.5 支持校準(zhǔn)功能

支持自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)，可對所有PGA設(shè)置進(jìn)行校準(zhǔn)，提高轉(zhuǎn)換精度。

3. 電氣特性

3.1 模擬輸入

• 滿量程輸入電壓：±2VREF / PGA。
• 絕對輸入電壓：根據(jù)輸入緩沖器的開關(guān)狀態(tài)有所不同，緩沖器關(guān)閉時為AGND - 0.1到AVDD + 0.1V，緩沖器開啟時為AGND到AVDD。

3.2 可編程增益放大器

增益范圍為1到128，不同的PGA設(shè)置會影響輸入阻抗。例如，當(dāng)PGA[2:0] = 1且緩沖器關(guān)閉時，差分輸入阻抗為67kΩ；緩沖器開啟時，輸入阻抗可達(dá)3.2MΩ。

3.3 系統(tǒng)性能

• 分辨率為24位，且在所有數(shù)據(jù)速率和PGA設(shè)置下無丟失碼。
• 數(shù)據(jù)速率范圍為2.5SPS到60kSPS，可根據(jù)實際需求進(jìn)行選擇。
• 積分非線性、偏移誤差、增益誤差等指標(biāo)在不同條件下都有良好的表現(xiàn)。

3.4 電源要求

• AVDD電源電壓范圍為4.75V到5.25V，DVDD電源電壓范圍為2.7V到AVDD。
• 在不同的工作模式（如掉電模式、待機模式、正常模式）下，電流消耗有所不同。

4. 詳細(xì)功能分析

4.1 噪聲性能

文檔中給出了不同數(shù)據(jù)速率和PGA設(shè)置下的輸入?yún)⒖荚肼?、有效位?shù)（ENOB）和無噪聲分辨率等數(shù)據(jù)。通過合理選擇數(shù)據(jù)速率和PGA設(shè)置，可以在精度和速度之間找到平衡。例如，在較低的數(shù)據(jù)速率下，能夠獲得更高的分辨率和更低的噪聲。

4.2 輸入多路復(fù)用器

輸入多路復(fù)用器提供了靈活的輸入配置方式。在使用時，需要注意選擇可用的輸入，并盡量保持未使用的輸入引腳浮空，以降低功耗。

4.3 傳感器檢測

當(dāng)傳感器檢測電流源（SDCS）啟用時，輸入緩沖器會被強制開啟。通過合理設(shè)置SDCS，可以檢測傳感器的開路或短路情況。

4.4 可編程增益放大器（PGA）

PGA的設(shè)置由ADCON寄存器控制。在改變PGA設(shè)置后，建議重新校準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以確保轉(zhuǎn)換精度。

4.5 數(shù)字濾波器

芯片內(nèi)部采用了Sinc5濾波器和平均濾波器，其頻率響應(yīng)可以通過特定的公式計算。通過設(shè)置合適的數(shù)據(jù)速率，可以消除50Hz或60Hz的電源噪聲。

4.6 校準(zhǔn)功能

芯片提供了自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，包括偏移校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時間會受到數(shù)據(jù)速率和PGA設(shè)置的影響。在使用過程中，建議在緩沖器配置或PGA改變后進(jìn)行校準(zhǔn)。

5. 應(yīng)用場景

由于其高精度、低噪聲和靈活的配置，SGM58600、SGM58601和SGM58602適用于多種應(yīng)用場景，如實驗室儀器、測量與測試、工業(yè)過程控制、醫(yī)療儀器等。

6. 總結(jié)

SGM58600、SGM58601和SGM58602系列模數(shù)轉(zhuǎn)換器以其出色的性能和豐富的功能，為電子工程師在高精度信號采集和處理方面提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇芯片的配置和工作模式，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。希望本文能對大家在使用這三款芯片時有所幫助，你在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。