芯对话|CBM108S085破局多通道DAC“同步+精度+低功耗”困局

多通道DAC技术瓶颈

当前，多通道DAC技术的发展主要聚焦于两大核心难题：一方面，工业场景迫切需要‘多通道同步+高精度’的解决方案，而传统分立方案却因复杂度过高而难以满足需求，例如，在多轴机械臂控制中，需要实现8通道的纳秒级同步输出，分立DAC不仅占用大量PCB面积，还难以有效避免通道间的延迟误差；另一方面，便携式设备面临着‘低功耗’与‘高精度’之间的平衡挑战，如手持测量仪、可穿戴医疗设备等，它们既要求达到10位以上的高分辨率，又必须将工作电流控制在1mA以下，然而，现有产品往往难以同时满足这两个条件，经常出现精度达标但功耗超标的情况。同时，极端环境适配性成为技术短板，石油勘探、汽车电子等场景需-40℃~125℃宽温工作，且需ESD防护与短路保护，部分商用DAC仅能覆盖-40℃~85℃，可靠性不足。

 

CBM108S085:10位8通道DAC痛点破解方案

CBM108S085是芯佰微电子（COREBAI）推出的10位精度、8通道电压输出数模转换器（DAC），单芯片集成轨到轨输出缓冲驱动电路，适配2.7V～5.5V宽电源范围，具备低功耗（3V时540μA空载电流）、双复位保护（上电/断电复位）、双独立参考电压配置及菊花链级联功能。芯片兼容SPI、QSPI、MICROWIRE等主流串行接口（最高时钟40MHz），可直接驱动外部负载，无需额外放大电路，广泛适用于便携式电池供电仪器、工业控制、医疗设备等对多通道电压调节精度与可靠性要求较高的场景。

产品概述

CBM108S085采用TSSOP16与QFN16两种小型化封装，单芯片集成8路独立DAC通道，每通道均包含电阻串结构DAC核心与轨到轨输出缓冲，可实现“0~参考电压”的全范围电压输出，无需外部运放即可驱动2kΩ电阻负载与1500pF电容负载。

芯片正常工作电源电压范围为2.7V～5.5V，在空载条件下功耗极低：3V供电时工作电流典型值540μA，5V供电时典型值600μA，全通道休眠时电流降至10μA（仅断电复位电路工作），大幅适配便携式设备的续航需求。此外，芯片内置上电复位与断电复位电路，当电源电压上升至有效范围（≥2.7V）或跌落至2.7V以下时，DAC输出均固定为0V，避免非预期电压对后级电路造成损害。

核心技术特性

10位高精度与优异线性度

CBM108S085的静态线性特性针对中高精度场景优化，关键指标如下（测试条件：VA=2.7-5.5V-，VREF1,2=VA，CL=200pF，TA=25℃）：

• 分辨率：10位，对应1024级电压输出，可实现最小VREF1024)的电压步进；
• 积分非线性（INL）：典型值±0.5LSB，确保输出电压与理论值的偏差在极小范围内，无明显线性失真；
• 差分非线性（DNL）：典型值±0.05LSB，保证单调性（无失码），避免相邻数字码对应输出电压出现跳变；
• 零码误差（ZE）：最大15mV，满幅误差（FSE）最大-0.1%FSR，增益误差（GE）最大-0.2%FSR，温漂特性稳定（零码误差温漂-20μV/℃，增益误差温漂-1.0ppm/℃），可在-40℃~125℃宽温范围内保持输出精度。

CBM108S085典型INL

CBM108S085典型DNL

 

低功耗与灵活休眠控制

芯片针对低功耗场景设计多档位功耗管理方案，适配不同工作状态需求：

• 正常工作功耗：空载且输入码为0x800时，3V供电电流典型值540μA，5V供电电流典型值600μA；参考电压回路电流（IST）在3V时为73μA，5V时为110μA，避免额外功耗浪费；
• 休眠模式控制：8通道可独立配置为休眠状态，通过串行命令（DB[15:12]设为1101~1111）选择三种输出阻抗模式：
• 高阻输出：避免休眠通道对系统信号产生干扰；
• 2.5kΩ到地：适配特定负载匹配需求；
• 100kΩ到地：平衡功耗与负载兼容性；当所有通道休眠时，芯片整体功耗降至μW级，典型休眠电流仅10μA，显著延长便携式设备电池寿命。

双独立参考电压与宽动态范围

CBM108S085配备两个独立外部参考电压输入（VREF1、VREF2），支持不同通道灵活配置输出范围：

• VREF1：为A~D通道提供参考电压，输入范围0.5V~VA（电源电压）；
• VREF2：为E~H通道提供参考电压，输入范围同样为0.5V~VA；用户可根据通道需求独立选择参考电压（如A~D通道接2.5V基准源输出0~2.5V，E~H通道接5V基准源输出0~5V），大幅扩展单芯片的输出动态范围，无需额外分压或放大电路。

高可靠性与硬件保护机制

芯片通过多重硬件设计保障工作稳定性，适应复杂应用环境：

• 双复位保护：上电复位时，电源升至有效电压后DAC输出固定为0V，直至接收新更新命令；断电复位时，电源低于2.7V触发复位，输出保持0V，规避电源波动导致的系统风险；
• ESD防护：人体模型(HBM)可承受高达5000V的静电放电，机器模型(MM)可承受300V，而充电设备模型(CDM)可承受1000V，这些模型的测试标准确保了电子设备能够抵御静电放电对芯片的损害。
• 输出短路保护：输出缓冲内置短路保护电路，短路电流典型值±20mA（3V/5V供电时），避免负载短路导致芯片烧毁。

关键电气参数

静态特性（测试条件：VA=2.7-5.5V-，VREF1,2=VA，CL=200pF，TA=25℃）

动态特性（测试条件同上）

硬件设计要点

引脚配置与功能（TSSOP16/QFN16）

CBM108S085引脚定义清晰，核心引脚功能及设计建议如下：

电源与参考电压设计

• 电源完整性：若系统电源纹波＞10mVrms，需在VA前端增加低压差稳压器（LDO，如输出3.3V的CBM1117），确保供电稳定；
• 参考电压精度：VREF1与VREF2的精度直接决定DAC输出精度，建议选用温度系数＜10ppm/℃的基准源，避免基准漂移影响输出；
• 布线规范：模拟信号（VOUTA~H、VREF1、VREF）与数字信号（DIN、SCLK、SYNC）需分开布线，模拟地与数字地仅在芯片GND引脚处交汇，减少数字噪声对模拟输出的干扰。

控制逻辑与接口协议

串行接口帧结构

CBM108S085采用16位帧格式（DB[15:0]）传输数据，帧结构定义如下：

• DB[15:12]：模式控制位，用于选择命令类型（写数据、模式控制、特殊命令、休眠模式）；
• DB[11:0]：数据位，因CBM108S085为10位DAC，仅DB[11:2]有效（DB[1:0]为无效位，可设为0），其中DB[11]为最高位（MSB），DB[2]为最低位（LSB）。

输出更新模式

每个DAC通道包含“数据寄存器”（暂存输入数据）与“DAC寄存器”（控制输出电压），支持两种更新模式：

• WRM（WriteRegisterMode）：上电默认模式，仅更新数据寄存器，DAC输出保持不变；需通过“更新选择命令”（DB[15:12]=1010，DB[7:0]对应通道位设1）触发指定通道的DAC寄存器更新，适用于多通道同步输出场景；
• WTM（WriteThroughMode）：数据寄存器与DAC寄存器同步更新，DAC输出立即变化，适用于单通道独立控制、需快速响应的场景。

菊花链级联（扩展通道）

当系统需要超过8通道DAC时，可通过菊花链模式级联多片CBM108S085，核心设计要点：

• 硬件连接：前一片芯片的DOUT引脚（TSSOP16引脚2/QFN16引脚16）接后一片芯片的DIN引脚；所有芯片共享SYNC与SCLK信号；
• 数据传输：控制器需按“后级芯片→前级芯片”的顺序发送多帧数据（如3片级联需发送3帧），确保每片芯片接收对应数据；
• 同步更新：SYNC信号拉高时，所有芯片同时将接收的帧数据更新至DAC寄存器，实现多通道纳秒级同步输出，减少系统控制线数量。

典型应用场景

便携式电池供电仪器：低功耗（540μA@3V）与小型化封装（QFN16）适配手持万用表、便携式传感器节点，休眠模式（10μA）可延长电池续航至72小时以上；

数字增益/偏移调整：10位精度与±0.5LSBINL可用于放大器增益校准或信号偏移补偿，如工业传感器信号调理电路，无需手动微调；

可编程电压源/电流源：双参考电压配置支持多档位输出（如0~2.5V/0~5V），可驱动比例阀、LED调光模块，实现±0.1%的电压控制精度；

ADC参考电压源：具备低噪声（输出噪声14μV@30kHz带宽）与稳定温漂特性，可作为高精度ADC的参考电压，显著提升采样精度。例如，在超声成像系统中，低噪声参考电压源与低噪声驱动器放大器的结合使用，能够极大改善总信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)，从而提高医疗影像设备的性能。

传感器参考电压源：8通道独立输出可同时为多个传感器提供精准参考电压，简化多传感器系统的电源设计。