士模微CM2248：国产完美替代AD7606时序完全兼容通过AQKK认证国资委白名单
CM2248是北京士模微电子推出的16位8通道同步采样数据采集系统，集成抗混叠滤波器、钳位保护及2.5V基准电压。支持±10V/±5V双极性输入，200kSPS采样率，提供并行/串行/字节三种接口模式。关键特性包括：1.7kV ESD防护、±18.5V过压保护、可编程过采样率(OS[2:0])；2.四种功耗模式（107.5mW运行/5μW关断）；3.LQFP64封装(10×10mm)。适用于电力监
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CM2248 是一款由北京士模微电子推出的16 位、8 通道同步采样模拟数据采集系统（DAS），具备双极性模拟输入（±10V/±5V）、最高200kSPS的采样速率，集成输入钳位保护、二阶抗混叠滤波器、1MΩ 输入阻抗缓冲器及片内精密基准电压；支持SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP 兼容的并行 / 串行 / 并行字节三种数字接口模式，运行功耗 107.5mW、待机功耗 28.5mW，采用LQFP64 10mm×10mm封装，适用于数据采集、电力线监控、多轴定位等系统
1. 产品基础信息
- 产品定位：16 位、8 通道同步采样模拟数据采集系统（DAS），集成完整数据采集解决方案，无需大量外围电路。
- 厂商与文档版本：由北京士模微电子有限责任公司生产，文档历史如下表：| 文档版本 | 修订日期 | 核心更新内容 || --- | --- | --- || V1.0 | 2023-11-27 | 初版发布，奠定产品基础参数与功能描述 || V2.0 | 2024-04-19 | 1. 修正绝对最大额定值表中 ESD 值；2. 依据量产数据修正电气规格参数；3. 修正图 10 纵坐标；4. 新增 “数字滤波器” 章节；5. 优化产品外形图 || V2.1 | 2024-08-27 | 更新 “管脚功能” 中 RESET 管脚的描述，明确复位操作要求 |
- 封装规格：采用LQFP64 封装，尺寸为 10mm×10mm，具体外形尺寸（单位：mm）如下表关键参数：| 尺寸标识 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 说明 || --- | --- | --- | --- | --- || A | - | - | 1.60 | 封装总高度 || D/E | 11.80 | 12.00 | 12.20 | 封装长 / 宽 || e | 0.50 (BSC) | - | - | 管脚间距 || L | 0.45 | 0.60 | 0.75 | 管脚长度 |
2. 核心特性与性能参数
2.1 核心特性
- 模拟输入特性：
- 双极性输入范围：±10V、±5V，由 RANGE 管脚控制（高电平→±10V，低电平→±5V）。
- ESD 防护：模拟输入 ESD HBM 可达7000V，其他管脚 2000V，抗干扰能力强。
- 输入阻抗：1MΩ固定输入阻抗，无需前端驱动放大器，简化设计。
- 钳位保护：单 5V 供电下，模拟输入可耐受 **±18.5V** 过压，保护芯片免受过压损坏。
- 集成模块：
- 信号处理：二阶抗混叠滤波器（±10V 范围 - 3dB 带宽 20.6kHz，±5V 范围 13.3kHz）、采样保持放大器（CONVSTx 上升沿同步采样，BUSY 下降沿恢复采样）。
- 基准电压：片内2.5V 精密基准电压及缓冲器，支持内部 / 外部基准切换（REF_SELECT 管脚控制）。
- 数字功能：内置数字滤波器（支持过采样，过采样率由 OS [2:0] 管脚选择）、灵活数字接口（并行 / 串行 / 并行字节）。
- 电源特性：
- 供电电压：模拟电源（AVCC）5V（4.75V-5.25V），数字接口电源（VDRIVE）2.3V-5.25V。
- 功耗：运行模式107.5mW、待机模式28.5mW、关断模式典型值 5μW，功耗控制灵活。
2.2 关键性能参数
| 性能类别 | 参数名称 | 测试条件 | 关键数值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 动态性能 | SNR（无过采样） | ±10V 单端 | ≥89.5 | dB |
| ±5V 单端 | ≥88.5 | dB | ||
| THD | ±10V 单端 | ≤-95 | dB | |
| SFDR | ±10V 单端 | ≥96 | dB | |
| 直流精度 | INL | 16bit | ±1 | LSB |
| DNL | 16bit | ±0.8 | LSB | |
| 采样速率 | 所有通道 | 无过采样 | 200 | kSPS |
| 基准特性 | 基准电压温度系数 | 内部基准 | ±7 | ppm/℃ |
| 基准输出电压 | REFIN/REFOUT 管脚 | 2.5 | V |
3. 工作原理与功能模式
3.1 模拟信号处理流程
- 输入阶段：模拟信号从 V1-V8 管脚输入（单端输入），经钳位保护电路防止过压，再通过二阶抗混叠滤波器抑制高频干扰。
- 采样阶段：采样保持放大器在 CONVSTx（CONVSTA 控制 V1-V4，CONVSTB 控制 V5-V8）上升沿同步采样信号，进入保持阶段。
- 转换阶段：16 位 SAR ADC 将模拟信号转换为数字信号，转换期间 BUSY 管脚为高电平；转换完成后（BUSY 下降沿），数据锁存至输出寄存器。
- 基准支持：内部 2.5V 基准或外部 2.5V 基准（REF_SELECT 高→内部，低→外部），基准缓冲器输出约 4V，REFCAPA 与 REFCAPB 需短接并接 10μF 电容至 AGND。
3.2 过采样与数字滤波器
- 过采样率由 OS [2:0] 管脚（OS2 为 MSB，OS0 为 LSB）选择，不同过采样率对应带宽与吞吐量如下表：| OS [2:0] | 过采样率 | 5V 范围 - 3dB 带宽（kHz） | 10V 范围 - 3dB 带宽（kHz） | 最大 CONVST 频率（kHz） || --- | --- | --- | --- | --- || 000 | 无过采样 | 13.3 | 20.6 | 200 || 001 | 2 | 13.2 | 20.4 | 100 || 010 | 4 | 11.1 | 17.5 | 50 || 011 | 8 | 9.9 | 11.8 | 25 || 100 | 16 | 6 | 5.8 | 12.5 || 101 | 32 | 3 | 3 | 6.25 || 110 | 64 | 1.5 | 1.6 | 3.125 || 111 | 无效 | - | - | - |
3.3 功耗模式
通过 STBY 与 RANGE 管脚组合选择 4 种功耗模式，具体如下表：
| 功耗模式 | STBY 管脚状态 | RANGE 管脚状态 | 核心特点 | 典型功耗 | 唤醒时间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 转换模式 | 1（高） | X（任意） | 8 通道 ADC 同时转换，最大功耗 | 107.5mW | - |
| 静态模式 | 1（高） | X（任意） | 转换完成后进入，ADC 低功耗，采样电路工作 | 82.5mW | - |
| 待机模式 | 0（低） | 1（高） | 关断除基准、稳压器外电路 | 28.5mW | 1μs（至静态模式） |
| 关断模式 | 0（低） | 0（低） | 大部分电路关断，最低功耗 | 5μW | 内部基准 200ms / 外部基准 12ms |
3.4 转换控制
- 同步采样：将 CONVSTA 与 CONVSTB 短接，施加上升沿信号，实现 V1-V8 8 通道同步采样。
- 独立采样：分别控制 CONVSTA 与 CONVSTB 上升沿，对 V1-V4、V5-V8 分组采样，可实现相位补偿，但此模式不可用过采样功能。
- 转换时间：随过采样率变化，具体如下（单位：μs）：
- OS=0（无过采样）：3μs
- OS=2：8μs
- OS=4：18μs
- OS=8：38μs
- OS=16：78μs
- OS=32：158μs
- OS=64：318μs
4. 数字接口与时序规格
4.1 数字接口模式
由 PAR/SER/BYTE_SEL 和 DB15/BYTE_SEL 管脚组合选择 3 种接口模式，具体如下表：
| PAR/SER/BYTE_SEL | DB15/BYTE_SEL | 接口模式 | 核心特点 |
|---|---|---|---|
| 0 | X | 并行接口 | 通过 CS/RD 信号读取，16 位数据总线（DB [15:0]），按 V1-V8 顺序输出 |
| 1 | 0 | 串行接口 | 双输出管脚（DOUTA：V1-V8；DOUTB：V5-V8→V1-V4），支持单路 / 双路读取，SCLK 同步 |
| 1 | 1 | 并行字节接口 | 分 8 位高 / 低字节输出（HBEN 控制顺序），需 16 个 RD 脉冲读取所有通道 |
4.2 关键时序参数
默认测试条件：AVCC=4.75V-5.25V、VDRIVE=1.7V-5.25V、VREF=2.5V、TA=-40℃~125℃，关键时序如下表：
| 时序参数 | 描述 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| tCYCLE | 1 / 最大吞吐率 | 1 | - | μs |
| tRESET | RESET 高电平脉冲宽度 | 50 | - | ns |
| tD_CNV_BSY | CONVSTx 高电平到 BUSY 高电平 | - | 25 | ns |
| tWAKE-UP_STANDBY | 待机模式唤醒至 CONVSTx 上升沿 | 1 | - | μs |
| tWAKE-UP_SHUTDOWN（内部基准） | 关断模式唤醒至 CONVSTx 上升沿 | 200 | - | ms |
| tWAKE-UP_SHUTDOWN（外部基准） | 关断模式唤醒至 CONVSTx 上升沿 | 12 | - | ms |
5. 应用与订购信息
5.1 典型应用场景
- 数据采集系统
- 电力线监控和保护系统
- 多轴定位系统
- 多相电机系统
- 仪表和控制系统
5.2 订购信息
| 型号 | 温度范围 | 封装类型 | 包装方式 | 包装数量 |
|---|---|---|---|---|
| CM2248-QFPTR | -40℃~125℃ | LQFP64 | Tray（托盘） | 1600 个 / 包 |
四、关键问题
问题 1：CM2248 的模拟输入过压保护机制是什么？当输入电压超过额定范围时，应如何处理以避免芯片损坏？
答案：CM2248 的模拟输入过压保护依赖于片内钳位保护电路，在单 5V 供电情况下，模拟输入通道允许承受最高 ±18.5V 的过压；当输入电压不超过 ±18.5V 时，钳位电路不开启，不影响正常采样；若输入电压超过 ±18.5V，需在模拟输入管脚（Vx）外部串联电阻，且需在对应模拟输入地管脚（VxGND）上串联一个相等阻值的电阻，避免因电阻不匹配导致通道出现额外失调误差，从而保护芯片免受过压损坏。
问题 2：如何配置 CM2248 实现多芯片并联工作时的基准电压同步，以保证各芯片采样精度一致？
答案：CM2248 多芯片并联时，基准电压同步需分两种模式配置：
- 外部基准模式：选用一个 2.5V 外部基准电压源，连接至所有 CM2248 芯片的 REFIN/REFOUT 管脚；每个芯片的 REFIN/REFOUT 管脚需单独并联一个 100nF 去耦电容，且外部基准源侧需并联 10μF 去耦电容，确保基准电压稳定。
- 内部基准模式：选择其中一片 CM2248 配置为内部基准（REF_SELECT 管脚接高电平），其 REFIN/REFOUT 管脚输出 2.5V 基准，作为其他芯片的外部基准；内部基准芯片的 REFIN/REFOUT 管脚需并联 10μF 去耦电容，其他芯片的 REFIN/REFOUT 管脚各并联 100nF 去耦电容，实现基准同步，保证各芯片采样精度一致。
问题 3：CM2248 的三种数字接口模式（并行、串行、并行字节）在硬件连接和数据读取效率上有何差异，分别适用于什么场景？
答案：三种接口模式的差异及适用场景如下表：
| 接口模式 | 硬件连接关键要求 | 数据读取效率 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 并行接口 | 需连接 DB [15:0]（16 位数据总线）、CS、RD 管脚；PAR/SER/BYTE_SEL 接低电平 | 最高效，1 个 RD 脉冲读取 1 个通道 16 位数据，8 个 RD 脉冲完成所有通道读取 | 对数据传输速率要求高、硬件资源充足（如 FPGA/DSP）的场景，如高速数据采集系统 |
| 串行接口 | 需连接 DOUTA/DOUTB（1-2 路串行线）、CS、SCLK 管脚；PAR/SER/BYTE_SEL 接高电平，DB15/BYTE_SEL 接低电平 | 效率中等，单路 DOUT 需 8 帧（每帧 16 个 SCLK）读取所有通道，双路 DOUT 需 4 帧 | 硬件引脚资源紧张、传输距离较短的场景，如多模块紧凑布局的工业控制设备 |
| 并行字节接口 | 需连接 DB [7:0]（8 位数据总线）、CS、RD、HBEN（DB14 管脚）；PAR/SER/BYTE_SEL 与 DB15/BYTE_SEL 均接高电平 | 效率最低，1 个通道需 2 个 RD 脉冲（高 / 低字节），16 个 RD 脉冲完成所有通道读取 | 仅支持 8 位数据总线的控制器（如 8 位 MCU），或对数据速率要求不高、硬件成本敏感的场景，如低端仪表设备 |
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