CM2249 是北京士模微电子推出的16 通道同步采样数据采集系统（DAS） ，内置16 位 SAR ADC，支持 **±2.5V/±5V/±10V 双极性模拟输入 **，模拟输入 ESD HBM 达8000V，吞吐速率最高2×1MSPS，具备91.5dB SNR（500kSPS、2 倍过采样） 与 **-105dB THD的高性能；集成输入钳位保护、二阶抗混叠滤波器、2.5V 基准电压及缓冲，支持SPI/QSPI/ 并行等灵活接口与CRC 错误检查 **，采用5V 模拟电源与2.3V~3.6V 数字接口电源，工作温度 **-40℃~125℃，封装为LQFP80（14mm×14mm）**，适用于数据采集、电力监控、多相电机系统等场景。

一、产品基础信息

1. 定位与厂商：CM2249 是北京士模微电子推出的16 通道同步采样模拟数据采集系统（DAS） ，内置 16 位 SAR ADC，专为高精度、多通道数据采集场景设计。
2. 文档历史：| 文档版本 | 修订日期 | 核心更新内容 || --- | --- | --- || V1.0 | 2023-11-20 | 初版发布，明确产品基础参数与功能 || V2.0 | 2024-04-24 | 基于量产数据修正电气规格、时序参数及曲线 || V2.1 | 2024-08-27 | 更新并行 / 串行模式时序参数值，优化接口时序精度 |

二、核心特征与电气规格

1. 核心特征

• 输入特性：支持 **±2.5V、±5V、±10V 真双极性输入 **，16 个模拟通道（2 组 8 通道 ADC 同步采样）；输入钳位保护可承受 ±19.5V 电压，1MΩ 高输入阻抗无需外部驱动放大器，简化设计。
• 性能参数：16 位分辨率（无失码），最高2×1MSPS 吞吐速率；动态性能优异，±10V 范围下SNR 典型值 90dB（无过采样）、91.5dB（2 倍过采样），THD 低至 - 105dB，SFDR 达 105dB，通道隔离度 - 109dB（≤5kHz）。
• 集成模块：内置二阶抗混叠模拟滤波器（±10V 范围 - 3dB 带宽 39.2kHz）、2.5V 精密基准电压源（温度系数 5~15ppm/℃）、基准缓冲器、数字滤波器（最高 128 倍过采样）。
• 接口与功耗：兼容 SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP 及并行接口，支持CRC 错误检查；模拟电源 5V（4.75~5.25V）、数字接口电源 2.3~3.6V；运行功耗 180mW，待机 160mW，关断模式 IVCC 仅 1μA。
• 环境适应性：工作温度 **-40℃~125℃，模拟输入 ESD HBM 达 8000V，采用LQFP80（14mm×14mm）封装 **。

2. 关键电气参数（默认测试条件）

参数类别	具体参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
动态性能	SNR	无过采样，±10V	88.2	90	-	dB
		OSR=2，±10V	-	91.5	-	dB
	THD	无过采样，±10V	-	-105	-98	dB
	SFDR	±10V	-	105	-	dB
模拟输入	全功率带宽	-3dB，±10V	-	39.2	-	kHz
	输入电流	±10V 范围	-	±10.7	-	μA
	输入阻抗	所有范围	-	1	-	MΩ
基准电压	输出电压	内部基准	2.4995	2.5	2.5005	V
	温度系数	TA=-40~85℃	-	5	15	ppm/℃
电源特性	IVCC	转换模式	-	36	40	mA
		关断模式	-	1	-	μA
	IVDRIVE	转换模式	-	4	-	μA

三、管脚配置与功能

CM2249 采用 LQFP80 封装，关键管脚功能如下（完整 80 管脚详见文档，此处列核心管脚）：

管脚编号	名称	类型	核心功能说明
6/15/30/71	VCC	PWR	模拟电源（4.75~5.25V），需 0.1μF+10μF 并联去耦至 AGND
49	VDRIVE	PWR	数字接口电源（2.3~3.6V），需 0.1μF+10μF 去耦至 DGND
35	REFSEL	DI	基准选择：高 = 内部 2.5V 基准，低 = 外部基准（接 REFINOUT）
36	RESET	DI	复位：200~1100ns 低 = 部分复位，≥1250ns 低 = 完全复位（进关断）
38~39	HW_RNGSEL1~0	DI	模式 / 范围选择：00 = 软件模式，01 = 硬件 ±2.5V，10=±5V，11=±10V
40	SER/PAR	DI	接口选择：低 = 并行，高 = 串行
61	WR/BURST	DI	并行 = WR（写），硬件模式 = BURST（突发使能）
62	SCLK/RD	DI	串行 = SCLK（时钟），并行 = RD（读）
63	CS	DI	片选：低有效，并行 / 串行模式均需此信号使能
64~66	CHSEL0~2	DI	硬件模式通道选择：如 000=V0A+V0B，111=V7A+V7B
67	BUSY	DO	转换指示：高 = 转换中，低 = 转换完成（数据可读）
68	CONVST	DI	转换启动：上升沿启动选定通道对转换
56~57	DB11/SDOB、DB12/SDOA	DI/O	串行模式：SDOA 输出 A 通道数据，SDOB 输出 B 通道数据

四、工作原理与运行模式

1. 核心模块工作原理

• 模拟输入处理：
  • 范围选择：硬件模式通过HW_RNGSEL1~0管脚配置（01=±2.5V、10=±5V、11=±10V）；软件模式通过RANGE A1/A2（0x04/05）、RANGE B1/B2（0x06/07）寄存器单独配置每个通道范围。
  • 保护与滤波：每个通道内置钳位电路（防 ±19.5V 过压）和二阶抗混叠滤波器，±10V 范围 - 3dB 带宽 39.2kHz，抑制高频噪声。
• 基准电压电路：
  • 内部基准：REFSEL = 高时，REFINOUT 输出 2.5V 基准，需在 REFINOUT 与 REFINOUTGND 间接 10μF X5R 电容；外部基准：REFSEL = 低时，需向 REFINOUT 输入 2.5V 外部基准。
  • 基准缓冲：内置缓冲器将基准电压放大至 4V，REFCAP 与 REFGND 间需接 10μF 陶瓷电容（靠近管脚）。
• 数字滤波器与过采样：
  • 过采样率（OSR）由硬件OS0~OS2 管脚（完全复位锁存）或软件CONFIG 寄存器 OS 位（0x02 [4:2]） 配置，支持 0（无过采样）~128 倍过采样。
  • 过采样效果：OSR 越高，SNR 越好（如 128 倍过采样时 ±10V SNR 达 96.7dB），但 - 3dB 带宽降低、转换时间延长（8 倍过采样需 8 次采样）。

2. 运行模式与复位

• 工作模式：

  模式	配置方式	核心特点	适用场景
  硬件模式	HW_RNGSEL1~0≠00，管脚配置（CHSELx 选通道、OSx 选过采样）	无需访问寄存器，配置简单，功能受限	需快速部署、功能需求单一的场景
  软件模式	HW_RNGSEL1~0=00，寄存器配置（通道 / 范围 / 过采样均通过寄存器）	功能灵活，支持序列器、诊断通道、自定义通道组对	多通道自定义、需诊断或复杂序列采样的场景

• 功耗模式：
  • 转换模式：2 个 ADC 同时工作，典型功耗 180mW，用于持续采样。
  • 待机模式：ADC 低功耗，采样电路就绪，典型功耗 160mW，用于快速响应转换需求。
  • 关断模式：完全复位后进入，大部分电路关断，IVCC 仅 1μA，用于低功耗待机（退出需 12ms 等待）。
• 复位机制：

  复位类型	条件（RESET 低电平宽度）	效果	恢复等待时间
  部分复位	200ns~1100ns	初始化序列器、ADC、SPI，不改变寄存器 / 配置	50ns（至 CONVST）
  完全复位	≥1250ns	复位至上电默认状态，进入关断模式，锁存硬件配置	12ms（至 CONVST）、3.7ms（至写操作）

五、数字接口与数据格式

1. 接口时序（默认 VDD=2.3~5.25V，TA=25℃）

• 并行接口：

  参数	描述	最小值	单位
  tRD_LOW	RD 低电平宽度	30	ns
  tWR_LOW	WR 低电平宽度	30	ns
  tDOUT_SETUP	RD 下降沿后数据建立时间	-	27	ns
  tCONF_SETTLE	WR 上升沿至 CONVST 上升沿	20	ns

• 串行接口：

  参数	描述（VDRIVE=3.3~3.6V）	最小值	最大值	单位
  fSCLK	SCLK 频率	-	50	MHz
  tSCLK_HIGH	SCLK 高电平宽度	9	-	ns
  tSCLK_LOW	SCLK 低电平宽度	8	-	ns
  tDIN_SETUP	SCLK 下降沿前数据建立时间	8	-	ns
  tDOUT_HOLD	SCLK 上升沿后数据保持时间	3.5	5	ns

2. 数据传输与格式

• 并行接口：
  • 读转换结果：BUSY 变低后，拉低 CS+RD，第一次读 A 通道数据，第二次读 B 通道数据；若使能 CRC，需额外读 16 位状态寄存器（含 CRC 值）。
  • 写寄存器：CS 拉低后，拉低 WR，DB15=1（写指令），DB14~9 = 寄存器地址，DB8~0 = 数据，WR 上升沿锁存。
• 串行接口：
  • 模式选择：SER1W=1（2 线模式，SDOA 输出 A 通道、SDOB 输出 B 通道）；SER1W=0（1 线模式，SDOA 交替输出 A/B 通道）。
  • 读转换结果：CS 拉低后，SCLK 上升沿输出数据（MSB 优先），2 线模式需 16 个 SCLK，1 线模式需 32 个 SCLK。
• 数据格式：采用二进制补码，不同输入范围对应 LSB 如下：| 输入范围 | +FS | -FS | LSB || --- | --- | --- | --- || ±10V | +10V | -10V | 305μV || ±5V | +5V | -5V | 152μV || ±2.5V | +2.5V | -2.5V | 76μV |

六、寄存器配置（软件模式）

软件模式下通过 6 个核心寄存器及 32 个堆栈寄存器配置功能，关键寄存器如下：

1. 核心控制寄存器（CONFIG，地址 0x02）

位	名称	位宽	复位值	核心功能
7	SDEF	1	N/A	自检测错误标志：1 = 测试失败，需复位
6	BURSTEN	1	0	突发模式使能：1=1 个 CONVST 完成所有序列通道转换
5	SEQEN	1	0	序列器使能：1 = 启用堆栈寄存器配置的通道序列
4~2	OS	3	0	过采样率：000 = 无过采样，111=128 倍过采样
1	STATUSEN	1	0	状态寄存器使能：1 = 转换后输出状态寄存器（含 CRC）
0	CRCEN	1	0	CRC 使能：1 = 转换结果附加 8 位 CRC 校验值

2. 通道与范围寄存器

• CHANNEL（0x03）：配置单次转换通道，CHB [7:4] 选 ADC B 通道，CHA [3:0] 选 ADC A 通道（支持 VCC/ALDO 诊断通道、自测功能 1011=A 输出 0xAAAA/B 输出 0x5555）。
• RANGE A1（0x04）：配置 A 组 0~3 通道范围，每 2 位控制 1 个通道（00=±10V、01=±2.5V、10=±5V、11=±10V）。
• RANGE A2（0x05）：配置 A 组 4~7 通道范围，配置方式同 RANGE A1。
• RANGE B1（0x06）/B2（0x07）：分别配置 B 组 0~3、4~7 通道范围，配置方式同 A 组。

3. 堆栈寄存器（0x20~0x3F，共 32 个）

用于配置序列器通道，每个寄存器对应 1 对同步转换通道：

位	名称	功能
8	SSREN	序列循环标志：1 = 转换后回到第 1 个堆栈寄存器，0 = 进入下一个
7~4	BSEL	ADC B 通道选择（同 CHANNEL 寄存器 CHB）
3~0	ASEL	ADC A 通道选择（同 CHANNEL 寄存器 CHA）

• 复位后默认配置：顺序转换 V0A/V0B~V7A/V7B，剩余 24 个寄存器为 0x0000。

4. 状态寄存器（N/A，只读）

位	名称	功能
15~12	A[3:0]	前一次 ADC A 转换的通道号
11~8	B[3:0]	前一次 ADC B 转换的通道号
7~0	CRC[7:0]	前一次转换结果的 8 位 CRC 校验值（生成多项式 x⁸+x²+x+1）

七、应用与订购信息

1. 应用场景

• 数据采集系统：多通道模拟信号同步采样，如工业传感器数据采集。
• 电力线监控和保护系统：监测电压 / 电流信号，需高隔离度与抗干扰能力。
• 多轴定位系统：同步采集各轴位置 / 速度信号，需低相位延迟（±10V 范围 5.8μs）。
• 多相电机系统：监测电机各相电流 / 电压，需高动态范围（SFDR 105dB）。
• 仪表和控制系统：高精度测量仪表，需低 INL（±0.8LSB）与高 SNR。

2. 典型连接要点

• 电源去耦：VCC 和 VDRIVE 分别用 0.1μF（陶瓷）+10μF（电解）电容并联去耦，0.1μF 靠近管脚。
• 模拟输入匹配：VxA（VxB）与 VxAGND（VxBGND）需串联相等电阻（如外接电阻时），避免阻抗失配引入误差。
• 基准电路：REFCAP 与 REFGND 间 10μF 电容靠近 REFCAP 管脚；REFINOUT 与 REFINOUTGND 间接 10μF X5R 电容。

3. 封装与订购

型号	工作温度范围	封装类型	包装方式	包装数量
CM2249-QFPTR	-40℃~125℃	LQFP80（14mm×14mm）	Tray（托盘）	900

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四、关键问题

问题 1：CM2249 的硬件模式与软件模式在配置方式、功能灵活性上有何核心差异？分别适用于哪些场景？

答案

CM2249 的硬件模式与软件模式在配置载体、功能范围上差异显著，具体对比及适用场景如下：

对比维度	硬件模式	软件模式
配置方式	完全依赖管脚电平配置（如 HW_RNGSELx 选范围、CHSELx 选通道、OSx 选过采样率），完全复位时锁存关键配置（如 REFSEL、SER/PAR）	通过寄存器写入配置（如 CONFIG 寄存器控过采样 / CRC、CHANNEL 寄存器选通道、RANGE 寄存器定范围），配置灵活且可动态修改
功能范围	功能受限：仅支持基础通道选择、固定过采样率，禁止访问寄存器，无法使用诊断通道（VCC/ALDO）、自定义序列器通道组对	功能全面：支持 32 个堆栈寄存器配置序列器（任意通道组对、最多 32 对）、诊断通道监测、接口自测（A 输出 0xAAAA/B 输出 0x5555）、CRC 动态使能
适用场景	适用于快速部署、功能需求单一的场景，如简单多通道同步采样（无需自定义通道顺序、固定输入范围），例：普通工业传感器数据采集	适用于复杂采样需求的场景，如多通道自定义序列采样（需跳过部分通道）、系统状态诊断（监测 VCC/ALDO）、高可靠性要求（需 CRC 校验），例：电力线监控系统（需诊断电源稳定性）

核心差异总结：硬件模式 “即插即用” 但灵活度低，软件模式需寄存器配置但功能覆盖全面。

问题 2：CM2249 的过采样功能如何配置？过采样率（OSR）对系统性能（SNR、带宽、转换时间）有何影响？

答案

1. 过采样功能配置方式

CM2249 的过采样率（OSR）通过硬件管脚或软件寄存器配置，具体如下：

• 硬件模式：通过DB13/OS0、DB14/OS1、DB15/OS2 管脚配置，完全复位释放时锁存配置，配置对应关系：| OS2~OS0 | 过采样率（OSR） | OS2~OS0 | 过采样率（OSR） || --- | --- | --- | --- || 000 | 无过采样 | 100 | 16 倍 || 001 | 2 倍 | 101 | 32 倍 || 010 | 4 倍 | 110 | 64 倍 || 011 | 8 倍 | 111 | 128 倍 |
• 软件模式：通过CONFIG 寄存器（0x02）的 OS 位（bit4~bit2） 配置，配置值与 OSR 对应关系同硬件模式，配置后立即生效（无需复位）。

2. 过采样率对系统性能的影响

过采样基于 “高频采样 + 数字滤波平均” 原理，OSR 越高，性能 trade-off 越明显：

性能指标	随 OSR 升高的变化趋势	具体示例（±10V 范围）
SNR（信噪比）	升高：OSR 每提高 4 倍，SNR 约提升 6dB（因噪声被平均抑制）	OSR=0（无过采样）时 SNR=90dB；OSR=2 时 91.5dB；OSR=128 时 96.7dB
全功率带宽	降低：带宽与 OSR 成反比（采样频率固定时，OSR 越高，有效采样率越低）	OSR=0 时带宽 39.2kHz；OSR=8 时带宽降至 39.2kHz/8≈4.9kHz
转换时间	延长：转换时间与 OSR 成正比（需完成 OSR 次采样并平均）	1MSPS 采样率下，OSR=0 时转换时间 1μs；OSR=8 时需 8μs（8 次采样）

核心结论：需根据需求平衡性能，如高精度低带宽场景（如温度测量）选高 OSR（64/128 倍），高速动态场景（如电机电流监测）选低 OSR（0/2 倍）。

问题 3：如何配置 CM2249 的 CRC 功能以确保转换结果可靠性？CRC 校验的原理与流程是什么？

答案

1. CRC 功能配置步骤

CM2249 的 CRC 功能支持硬件与软件两种配置方式，配置后转换结果会附加 8 位 CRC 校验值，具体步骤：

• 硬件模式配置：
  1. 芯片上电前或完全复位释放前，将DB5/CRCEN 管脚接高电平；
  2. 完全复位释放（RESET 拉高）后，CRC 功能被锁存使能，无需额外操作。
• 软件模式配置：
  1. 向CONFIG 寄存器（0x02）的 CRCEN 位（bit0）或 STATUSEN 位（bit1）写入 1（两者功能等效，写 1 即启用）；
  2. 配置后，下一次转换开始时 CRC 功能生效，无需复位。

2. CRC 校验原理与流程

• 校验原理：采用 8 位 CRC，生成多项式为x⁸+x²+x+1，通过对转换结果（A 通道 + B 通道）进行多项式运算，生成唯一 CRC 值，用于验证数据传输是否存在错误。
• 校验流程：
  1. CRC 生成：
     • 普通模式：每次转换后，先对 A 通道数据运算（初始 CRC=0），再对 B 通道数据运算，得到最终 CRC 值（存于状态寄存器 bit7~bit0）；
     • 突发序列器模式：对所有序列通道的 A/B 数据依次运算（前一次 CRC 结果作为下一次初始值），序列结束后生成最终 CRC 值。
  2. CRC 读取与验证：
     • 并行接口：转换完成后，先读 A/B 通道数据，再读 16 位状态寄存器（低 8 位为 CRC 值）；
     • 串行接口：2 线模式下，SDOA 输出 A 通道、SDOB 输出 B 通道，最后输出 16 位状态寄存器；1 线模式下，SDOA 交替输出 A/B 通道，最后输出状态寄存器；
     • 用户验证：使用相同生成多项式（x⁸+x²+x+1）对读取的 A/B 数据重新运算，若结果与 CRC 值一致，说明数据可靠。

3. 关键注意事项

• 硬件模式下，CRCEN 配置后需完全复位才能修改；软件模式下可通过改写 CONFIG 寄存器动态开关 CRC。
• 使能 CRC 后，需额外读取 16 位状态寄存器，因此数据读取周期会增加（并行接口多 1 次读操作，串行接口多 16 个 SCLK）。