SGM90509：8通道12位可配置ADC/DAC芯片的深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款性能卓越且功能豐富的ADC/DAC芯片往往能為項目帶來更高的靈活性和性能表現(xiàn)。SGM90509就是這樣一款值得深入研究的芯片，它由SGMICRO推出，具備8通道、12位的可配置ADC/DAC功能，還集成了片上參考和SPI接口，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、芯片概述

SGM90509擁有8個輸入/輸出（I/O）引腳，這些引腳可獨立配置為電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）輸入、數(shù)字輸出或數(shù)字輸入。當(dāng)I/O引腳配置為DAC輸出時，它是一個12位的DAC輸出，輸出范圍可通過軟件配置為0V到 (V{REF}) 或0V到 (2 ×V{REF}) ；當(dāng)配置為ADC輸入時，輸入信號通過多路復(fù)用器進(jìn)入12位ADC，輸入范圍同樣可通過軟件配置為 (V{REF}) 或 (2 ×V{REF}) 。此外，I/O引腳還能配置為數(shù)字通用輸入或輸出（GPIO）引腳。該芯片通過串行外設(shè)接口（SPI）進(jìn)行操作，內(nèi)部集成了2.5V、10ppm/℃（典型值）的參考電壓和片上溫度傳感器，可對芯片溫度進(jìn)行估算。

二、特性亮點

（一）可配置的8個I/O引腳

• 8通道12位DAC：能夠提供高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換，滿足不同應(yīng)用對模擬輸出的需求。
• 8通道12位ADC：實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的模數(shù)轉(zhuǎn)換，可采集多種模擬信號。
• 8通道GPIO：方便進(jìn)行數(shù)字信號的輸入輸出控制，增加了芯片的通用性。

（二）片上溫度傳感器

可以實時監(jiān)測芯片的溫度，有助于評估芯片的工作狀態(tài)和穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的可靠性提供保障。

（三）電源監(jiān)控

能夠?qū)?a target="_blank">電源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，確保芯片在穩(wěn)定的電源環(huán)境下工作，提高系統(tǒng)的可靠性。

（四）SPI接口

提供了便捷的通信方式，方便與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

（五）多種封裝形式

支持Green TSSOP - 16、TQFN - 3×3 - 16BL和WLCSP - 2.05×2.05 - 16B等多種封裝，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景和PCB布局需求進(jìn)行選擇。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• 光模塊：在光通信系統(tǒng)中，SGM90509可用于信號的轉(zhuǎn)換和處理，確保光信號的準(zhǔn)確傳輸。
• 工業(yè)自動化：可實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場各種模擬和數(shù)字信號的采集與控制，提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。
• 通用模擬和數(shù)字I/O：適用于各種需要進(jìn)行模擬和數(shù)字信號處理的通用應(yīng)用場景。

四、電氣特性

（一）ADC性能

• 分辨率：12位，能夠提供較高的轉(zhuǎn)換精度。
• 輸入范圍：可配置為 (V{REF}) 或 (2 ×V{REF}) ，使用內(nèi)部ADC緩沖器時，存在0mV到5mV的死區(qū)。
• 積分非線性（INL）：范圍為 - 1.74到1.97 LSB，保證了轉(zhuǎn)換的線性度。
• 微分非線性（DNL）：范圍為 - 1到1 LSB，確保了轉(zhuǎn)換的均勻性。
• 偏移誤差（(E_{O})）：范圍為 - 14到14mV，影響轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
• 增益誤差（(E_{G})）：范圍為 - 0.26到0.38% FSR，對轉(zhuǎn)換結(jié)果有一定影響。
• 吞吐量速率：最高可達(dá)250kSPS，能夠滿足快速數(shù)據(jù)采集的需求。

（二）DAC性能

• 分辨率：同樣為12位，提供高精度的模擬輸出。
• 輸出范圍：可配置為0V到 (V{REF}) 或0V到 (2 ×V{REF}) ，滿足不同的輸出需求。
• 積分非線性（INL）：范圍為 - 4.5到3.5 LSB，影響輸出的線性度。
• 微分非線性（DNL）：范圍為 - 0.99到1 LSB，確保輸出的均勻性。
• 偏移誤差（(E_{O})）：范圍為 - 21到22mV，對輸出準(zhǔn)確性有一定影響。
• 增益誤差（(E_{G})）：根據(jù)輸出范圍不同有所變化，在0V到 (V{REF}) 范圍為 - 0.7到0.92% FSR，在0V到 (2 ×V{REF}) 范圍為 - 0.87到0.6% FSR。

五、詳細(xì)功能解析

（一）DAC部分

SGM90509擁有8個12位DAC，輸出范圍可設(shè)置為0V到 (V{REF}) 或0V到 (2 ×V{REF}) ，所有通道共享輸出范圍配置。輸入代碼為直二進(jìn)制，理想輸出電壓可根據(jù)公式 (V{OUT }=G × V{REF } timesleft(frac{D{IN }}{2^{N}}right)) 計算，其中 (G) 根據(jù)輸出范圍取值為1或2， (V{REF}) 為參考電壓， (D_{IN}) 為加載到DAC寄存器的二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值， (N = 12) 。

（二）ADC部分

ADC是一個快速的12位單電源ADC，每次轉(zhuǎn)換需要2μs。輸入范圍可配置為0V到 (V{REF}) 或0V到 (2 ×V{REF}) ，所有ADC通道共享相同的輸入范圍。ADC輸出代碼為直二進(jìn)制格式，I/Ox引腳可以同時配置為DAC和ADC，此時I/O為DAC輸出，同時可通過ADC轉(zhuǎn)換和讀取序列讀取DAC電壓。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果為16位格式。

（三）GPIO部分

每個I/Ox引腳都可作為GPIO引腳使用。輸出可通過寫數(shù)據(jù)寄存器設(shè)置，輸入可通過配置寄存器讀取。當(dāng)I/Ox引腳設(shè)置為輸出時，也可同時將其設(shè)置為輸入引腳來讀取其狀態(tài)。

（四）內(nèi)部參考

芯片具有片上2.5V參考電壓，默認(rèn)情況下內(nèi)部參考電源關(guān)閉。要啟用內(nèi)部參考，需在電源關(guān)閉和參考控制寄存器中設(shè)置位D9。

（五）溫度傳感器

集成的溫度傳感器可用于估算芯片溫度，溫度轉(zhuǎn)換時間為3μs，無論ADC緩沖器是否啟用。要啟用溫度采樣，需在ADC序列寄存器中設(shè)置位D8。溫度計算根據(jù)ADC增益不同有不同公式，ADC增益為1時， (Temperature left(^{circ} Cright)=25+frac{left( ADC Code -left(0.56 N{REF }right) × 4095right)}{left(3.015 timesleft(2.5 N{REF}right)right)}) ；ADC增益為2時， (Temperature left(^{circ} Cright)=25+frac{left(A D C Code -left(0.56 /left(2 × V{REF}right)right) × 4095right)}{left(1.508 timesleft(2.5 N{REF}right)right)}) 。ADC返回的代碼范圍約為721到1219，對應(yīng)溫度范圍為 - 40℃到 + 125℃。

（六）串行接口

SGM90509具有SPI兼容接口，輸入移位寄存器為16位格式?？刂萍拇嫫饔成湓敿?xì)規(guī)定了各種操作的寄存器地址和功能，包括無操作（NOP）、DAC回讀、ADC序列選擇、通用控制、引腳配置等。

六、配置與操作

（一）上電時間

系統(tǒng)上電或復(fù)位操作時，SGM90509需要250μs上電，在此期間不建議進(jìn)行任何操作。

（二）寫入模式

nSYNC的下降沿啟動寫入幀，數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿鎖定。經(jīng)過16個SCLK下降沿后，所有16位數(shù)據(jù)被移入，然后nSYNC可拉高。

（三）讀取模式

支持從ADC和控制寄存器讀取數(shù)據(jù)。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果在芯片操作時會自動移出。要讀取寄存器，需先向回讀和LDAC模式寄存器寫入以選擇要回讀的寄存器，然后在下一個nSYNC幀的16個時鐘下降沿讀出所選寄存器內(nèi)容。

（四）配置操作

為使SGM90509工作在目標(biāo)狀態(tài)，需要設(shè)置一系列配置寄存器。上電后，I/O引腳默認(rèn)配置為連接到GND的85kΩ電阻。I/O引腳可通過軟件重新配置為DAC輸出、ADC輸入、數(shù)字輸出、數(shù)字輸入、三態(tài)或連接到GND的85kΩ下拉電阻。配置操作可在沒有ADC轉(zhuǎn)換進(jìn)行或寄存器回讀時隨時進(jìn)行，且在進(jìn)行配置前鎖定配置位必須為0。

七、總結(jié)

SGM90509是一款功能強大、性能卓越的8通道12位可配置ADC/DAC芯片。其豐富的可配置功能、高精度的轉(zhuǎn)換性能以及多種封裝形式，使其在光模塊、工業(yè)自動化等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計相關(guān)系統(tǒng)時，可充分利用SGM90509的特性，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。同時，在使用過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電氣特性，合理配置芯片的參數(shù)，以達(dá)到最佳的工作效果。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的配置難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。