多通道DAC技術(shù)瓶頸

當(dāng)前，多通道DAC技術(shù)的發(fā)展主要聚焦于兩大核心難題：一方面，工業(yè)場(chǎng)景迫切需要‘多通道同步+高精度’的解決方案，而傳統(tǒng)分立方案卻因復(fù)雜度過(guò)高而難以滿足需求，例如，在多軸機(jī)械臂控制中，需要實(shí)現(xiàn)8通道的納秒級(jí)同步輸出，分立DAC不僅占用大量PCB面積，還難以有效避免通道間的延遲誤差；另一方面，便攜式設(shè)備面臨著‘低功耗’與‘高精度’之間的平衡挑戰(zhàn)，如手持測(cè)量?jī)x、可穿戴醫(yī)療設(shè)備等，它們既要求達(dá)到10位以上的高分辨率，又必須將工作電流控制在1mA以下，然而，現(xiàn)有產(chǎn)品往往難以同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，經(jīng)常出現(xiàn)精度達(dá)標(biāo)但功耗超標(biāo)的情況。同時(shí)，極端環(huán)境適配性成為技術(shù)短板，石油勘探、汽車(chē)電子等場(chǎng)景需-40℃~125℃寬溫工作，且需ESD防護(hù)與短路保護(hù)，部分商用DAC僅能覆蓋-40℃~85℃，可靠性不足。

CBM108S085:10位8通道DAC痛點(diǎn)破解方案

CBM108S085是芯佰微電子（COREBAI）推出的10位精度、8通道電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），單芯片集成軌到軌輸出緩沖驅(qū)動(dòng)電路，適配2.7V～5.5V寬電源范圍，具備低功耗（3V時(shí)540μA空載電流）、雙復(fù)位保護(hù)（上電/斷電復(fù)位）、雙獨(dú)立參考電壓配置及菊花鏈級(jí)聯(lián)功能。芯片兼容SPI、QSPI、MICROWIRE等主流串行接口（最高時(shí)鐘40MHz），可直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，無(wú)需額外放大電路，廣泛適用于便攜式電池供電儀器、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等對(duì)多通道電壓調(diào)節(jié)精度與可靠性要求較高的場(chǎng)景。

產(chǎn)品概述

CBM108S085采用TSSOP16與QFN16兩種小型化封裝，單芯片集成8路獨(dú)立DAC通道，每通道均包含電阻串結(jié)構(gòu)DAC核心與軌到軌輸出緩沖，可實(shí)現(xiàn)“0~參考電壓”的全范圍電壓輸出，無(wú)需外部運(yùn)放即可驅(qū)動(dòng)2kΩ電阻負(fù)載與1500pF電容負(fù)載。

芯片正常工作電源電壓范圍為2.7V～5.5V，在空載條件下功耗極低：3V供電時(shí)工作電流典型值540μA，5V供電時(shí)典型值600μA，全通道休眠時(shí)電流降至10μA（僅斷電復(fù)位電路工作），大幅適配便攜式設(shè)備的續(xù)航需求。此外，芯片內(nèi)置上電復(fù)位與斷電復(fù)位電路，當(dāng)電源電壓上升至有效范圍（≥2.7V）或跌落至2.7V以下時(shí)，DAC輸出均固定為0V，避免非預(yù)期電壓對(duì)后級(jí)電路造成損害。

核心技術(shù)特性

10位高精度與優(yōu)異線性度

CBM108S085的靜態(tài)線性特性針對(duì)中高精度場(chǎng)景優(yōu)化，關(guān)鍵指標(biāo)如下（測(cè)試條件：VA=2.7-5.5V-，VREF1,2=VA，CL=200pF，TA=25℃）：

• 分辨率：10位，對(duì)應(yīng)1024級(jí)電壓輸出，可實(shí)現(xiàn)最小VREF1024)的電壓步進(jìn)；
• 積分非線性（INL）：典型值±0.5LSB，確保輸出電壓與理論值的偏差在極小范圍內(nèi)，無(wú)明顯線性失真；
• 差分非線性（DNL）：典型值±0.05LSB，保證單調(diào)性（無(wú)失碼），避免相鄰數(shù)字碼對(duì)應(yīng)輸出電壓出現(xiàn)跳變；
• 零碼誤差（ZE）：最大15mV，滿幅誤差（FSE）最大-0.1%FSR，增益誤差（GE）最大-0.2%FSR，溫漂特性穩(wěn)定（零碼誤差溫漂-20μV/℃，增益誤差溫漂-1.0ppm/℃），可在-40℃~125℃寬溫范圍內(nèi)保持輸出精度。

CBM108S085典型INL

CBM108S085典型DNL

低功耗與靈活休眠控制

芯片針對(duì)低功耗場(chǎng)景設(shè)計(jì)多檔位功耗管理方案，適配不同工作狀態(tài)需求：

• 正常工作功耗：空載且輸入碼為0x800時(shí)，3V供電電流典型值540μA，5V供電電流典型值600μA；參考電壓回路電流（IST）在3V時(shí)為73μA，5V時(shí)為110μA，避免額外功耗浪費(fèi)；
• 休眠模式控制：8通道可獨(dú)立配置為休眠狀態(tài)，通過(guò)串行命令（DB[15:12]設(shè)為1101~1111）選擇三種輸出阻抗模式：
• 高阻輸出：避免休眠通道對(duì)系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生干擾；
• 2.5kΩ到地：適配特定負(fù)載匹配需求；
• 100kΩ到地：平衡功耗與負(fù)載兼容性；當(dāng)所有通道休眠時(shí)，芯片整體功耗降至μW級(jí)，典型休眠電流僅10μA，顯著延長(zhǎng)便攜式設(shè)備電池壽命。

雙獨(dú)立參考電壓與寬動(dòng)態(tài)范圍

CBM108S085配備兩個(gè)獨(dú)立外部參考電壓輸入（VREF1、VREF2），支持不同通道靈活配置輸出范圍：

• VREF1：為A~D通道提供參考電壓，輸入范圍0.5V~VA（電源電壓）；
• VREF2：為E~H通道提供參考電壓，輸入范圍同樣為0.5V~VA；用戶可根據(jù)通道需求獨(dú)立選擇參考電壓（如A~D通道接2.5V基準(zhǔn)源輸出0~2.5V，E~H通道接5V基準(zhǔn)源輸出0~5V），大幅擴(kuò)展單芯片的輸出動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)需額外分壓或放大電路。

高可靠性與硬件保護(hù)機(jī)制

芯片通過(guò)多重硬件設(shè)計(jì)保障工作穩(wěn)定性，適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境：

• 雙復(fù)位保護(hù)：上電復(fù)位時(shí)，電源升至有效電壓后DAC輸出固定為0V，直至接收新更新命令；斷電復(fù)位時(shí)，電源低于2.7V觸發(fā)復(fù)位，輸出保持0V，規(guī)避電源波動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；
• ESD防護(hù)：人體模型(HBM)可承受高達(dá)5000V的靜電放電，機(jī)器模型(MM)可承受300V，而充電設(shè)備模型(CDM)可承受1000V，這些模型的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)確保了電子設(shè)備能夠抵御靜電放電對(duì)芯片的損害。
• 輸出短路保護(hù)：輸出緩沖內(nèi)置短路保護(hù)電路，短路電流典型值±20mA（3V/5V供電時(shí)），避免負(fù)載短路導(dǎo)致芯片燒毀。

關(guān)鍵電氣參數(shù)

靜態(tài)特性（測(cè)試條件：VA=2.7-5.5V-，VREF1,2=VA，CL=200pF，TA=25℃）

動(dòng)態(tài)特性（測(cè)試條件同上）

硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引腳配置與功能（TSSOP16/QFN16）

CBM108S085引腳定義清晰，核心引腳功能及設(shè)計(jì)建議如下：

電源與參考電壓設(shè)計(jì)

• 電源完整性：若系統(tǒng)電源紋波＞10mVrms，需在VA前端增加低壓差穩(wěn)壓器（LDO，如輸出3.3V的CBM1117），確保供電穩(wěn)定；
• 參考電壓精度：VREF1與VREF2的精度直接決定DAC輸出精度，建議選用溫度系數(shù)＜10ppm/℃的基準(zhǔn)源，避免基準(zhǔn)漂移影響輸出；
• 布線規(guī)范：模擬信號(hào)（VOUTA~H、VREF1、VREF）與數(shù)字信號(hào)（DIN、SCLK、SYNC）需分開(kāi)布線，模擬地與數(shù)字地僅在芯片GND引腳處交匯，減少數(shù)字噪聲對(duì)模擬輸出的干擾。

控制邏輯與接口協(xié)議

串行接口幀結(jié)構(gòu)

CBM108S085采用16位幀格式（DB[15:0]）傳輸數(shù)據(jù)，幀結(jié)構(gòu)定義如下：

• DB[15:12]：模式控制位，用于選擇命令類型（寫(xiě)數(shù)據(jù)、模式控制、特殊命令、休眠模式）；
• DB[11:0]：數(shù)據(jù)位，因CBM108S085為10位DAC，僅DB[11:2]有效（DB[1:0]為無(wú)效位，可設(shè)為0），其中DB[11]為最高位（MSB），DB[2]為最低位（LSB）。

輸出更新模式

每個(gè)DAC通道包含“數(shù)據(jù)寄存器”（暫存輸入數(shù)據(jù)）與“DAC寄存器”（控制輸出電壓），支持兩種更新模式：

• WRM（WriteRegisterMode）：上電默認(rèn)模式，僅更新數(shù)據(jù)寄存器，DAC輸出保持不變；需通過(guò)“更新選擇命令”（DB[15:12]=1010，DB[7:0]對(duì)應(yīng)通道位設(shè)1）觸發(fā)指定通道的DAC寄存器更新，適用于多通道同步輸出場(chǎng)景；
• WTM（WriteThroughMode）：數(shù)據(jù)寄存器與DAC寄存器同步更新，DAC輸出立即變化，適用于單通道獨(dú)立控制、需快速響應(yīng)的場(chǎng)景。

菊花鏈級(jí)聯(lián)（擴(kuò)展通道）

當(dāng)系統(tǒng)需要超過(guò)8通道DAC時(shí)，可通過(guò)菊花鏈模式級(jí)聯(lián)多片CBM108S085，核心設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

• 硬件連接：前一片芯片的DOUT引腳（TSSOP16引腳2/QFN16引腳16）接后一片芯片的DIN引腳；所有芯片共享SYNC與SCLK信號(hào)；
• 數(shù)據(jù)傳輸：控制器需按“后級(jí)芯片→前級(jí)芯片”的順序發(fā)送多幀數(shù)據(jù)（如3片級(jí)聯(lián)需發(fā)送3幀），確保每片芯片接收對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；
• 同步更新：SYNC信號(hào)拉高時(shí)，所有芯片同時(shí)將接收的幀數(shù)據(jù)更新至DAC寄存器，實(shí)現(xiàn)多通道納秒級(jí)同步輸出，減少系統(tǒng)控制線數(shù)量。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

便攜式電池供電儀器：低功耗（540μA@3V）與小型化封裝（QFN16）適配手持萬(wàn)用表、便攜式傳感器節(jié)點(diǎn)，休眠模式（10μA）可延長(zhǎng)電池續(xù)航至72小時(shí)以上；

數(shù)字增益/偏移調(diào)整：10位精度與±0.5LSBINL可用于放大器增益校準(zhǔn)或信號(hào)偏移補(bǔ)償，如工業(yè)傳感器信號(hào)調(diào)理電路，無(wú)需手動(dòng)微調(diào)；

可編程電壓源/電流源：雙參考電壓配置支持多檔位輸出（如0~2.5V/0~5V），可驅(qū)動(dòng)比例閥、LED調(diào)光模塊，實(shí)現(xiàn)±0.1%的電壓控制精度；

ADC參考電壓源：具備低噪聲（輸出噪聲14μV@30kHz帶寬）與穩(wěn)定溫漂特性，可作為高精度ADC的參考電壓，顯著提升采樣精度。例如，在超聲成像系統(tǒng)中，低噪聲參考電壓源與低噪聲驅(qū)動(dòng)器放大器的結(jié)合使用，能夠極大改善總信噪比(SNR)和總諧波失真(THD)，從而提高醫(yī)療影像設(shè)備的性能。

傳感器參考電壓源：8通道獨(dú)立輸出可同時(shí)為多個(gè)傳感器提供精準(zhǔn)參考電壓，簡(jiǎn)化多傳感器系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)。