德州儀器PCM186x音頻ADC：高性能與靈活性的完美結(jié)合

在音頻處理領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的音頻ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）對于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻采集和處理至關(guān)重要。德州儀器（TI）的PCM186x系列音頻ADC，包括PCM1860、PCM1861、PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865，以其卓越的性能和豐富的功能，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了新的選擇。今天，我們就來深入了解一下這個系列的產(chǎn)品。

文件下載：pcm1865.pdf

一、PCM186x系列產(chǎn)品概述

PCM186x系列音頻ADC旨在滿足現(xiàn)代音頻系統(tǒng)對高性能、低功耗和靈活性的需求。該系列產(chǎn)品采用了先進(jìn)的技術(shù)，集成了可編程增益放大器（PGA）、高性能音頻PLL等功能，支持單電源3.3V供電，能夠在小封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)高集成度的音頻前端設(shè)計(jì)，降低了產(chǎn)品成本，同時提高了系統(tǒng)性能。

二、主要特性亮點(diǎn)

（一）高SNR性能

不同型號的PCM186x產(chǎn)品在信噪比（SNR）性能上有所差異。其中，PCM1861/63/65的SNR可達(dá)110dB，而PCM1860/62/64的SNR也能達(dá)到103dB。高SNR意味著能夠更準(zhǔn)確地采集音頻信號，減少噪聲干擾，為音頻處理提供更純凈的原始數(shù)據(jù)。

（二）靈活的采樣率和輸入配置

ADC采樣率范圍為8kHz至192kHz，能夠滿足不同音頻應(yīng)用的需求。同時，該系列產(chǎn)品支持單端和差分輸入，單端輸入的滿量程為2.1V RMS，差分輸入的滿量程為4.2V RMS，為不同的音頻信號源提供了靈活的接口選擇。

（三）豐富的控制方式

PCM1860和PCM1861采用硬件（HW）控制方式，而PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865則支持軟件（SW）控制，可通過I2C或SPI接口進(jìn)行配置。軟件控制的設(shè)備還支持多達(dá)四個數(shù)字麥克風(fēng)輸入，為音頻采集提供了更多的可能性。

（四）可編程增益放大器

PCM186x系列產(chǎn)品集成了可編程增益放大器（PGA），不同型號的PGA增益設(shè)置有所不同。硬件控制的PCM1860/61具有固定增益選項(xiàng)，如0dB、12dB和32dB；而軟件控制的PCM1862/63/64/65則支持-12dB至+32dB的可編程增益，且增益調(diào)節(jié)步長為0.5dB，能夠根據(jù)不同的音頻信號強(qiáng)度進(jìn)行靈活調(diào)整。

（五）低功耗設(shè)計(jì)

在單3.3V電源供電下，PCM186x系列產(chǎn)品的功耗表現(xiàn)出色。PCM1860/61/62/63的功耗小于85mW，PCM1864/65的功耗小于145mW。此外，產(chǎn)品還集成了Energysense音頻內(nèi)容檢測器，可實(shí)現(xiàn)自動系統(tǒng)喚醒和睡眠功能，進(jìn)一步降低功耗。

（六）集成高性能音頻PLL

PCM186x系列產(chǎn)品集成了高性能音頻PLL，能夠從1MHz至50MHz的任何時鐘源生成實(shí)際音頻速率時鐘。這一特性使得產(chǎn)品在音頻源沒有主時鐘驅(qū)動數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和放大器的系統(tǒng)中非常有用，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定的時鐘信號。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

（一）家庭影院和電視

在家庭影院和電視系統(tǒng)中，PCM186x系列產(chǎn)品能夠提供高質(zhì)量的音頻采集功能，支持多聲道音頻輸入，為用戶帶來身臨其境的音頻體驗(yàn)。

（二）語音控制設(shè)備

對于語音控制設(shè)備，PCM186x的高SNR性能和低功耗設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確采集語音信號，同時延長設(shè)備的續(xù)航時間。其支持?jǐn)?shù)字麥克風(fēng)輸入的特性，也使得設(shè)備能夠更好地適應(yīng)不同的語音采集環(huán)境。

（三）藍(lán)牙音箱

在藍(lán)牙音箱中，PCM186x可以實(shí)現(xiàn)音頻信號的高質(zhì)量采集和處理，與藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)混合，為音箱提供清晰、流暢的音頻輸出。

（四）麥克風(fēng)陣列處理器

PCM186x系列產(chǎn)品支持多達(dá)四個數(shù)字麥克風(fēng)輸入，能夠滿足麥克風(fēng)陣列處理器對多通道音頻采集的需求，為語音識別、音頻定位等應(yīng)用提供有力支持。

四、功能模塊詳解

（一）模擬前端

PCM186x的模擬前端具有高度的靈活性，支持單端和差分輸入，能夠處理從微小的麥克風(fēng)輸入到2.1V RMS的線路輸入信號，無需外部電阻分壓器。前端的MIX、MUX和PGA還支持差分、偽差分和單端輸入，可有效抑制干擾，是需要抗干擾功能的產(chǎn)品的理想接口選擇。

（二）時鐘系統(tǒng)

PCM186x系列產(chǎn)品的時鐘系統(tǒng)非常靈活，可作為時鐘主設(shè)備或從設(shè)備。其能夠從外部晶體或CMOS電平時鐘源獲取主時鐘，集成的PLL可從1MHz至50MHz的任何時鐘源生成音頻時鐘。硬件控制的PCM1860和PCM1861在從模式下能夠檢測到MCK的缺失并自動生成MCK信號，而軟件控制的設(shè)備則可根據(jù)輸入時鐘速率對PLL進(jìn)行編程。

（三）二次ADC

二次ADC是一個低功耗、非音頻ADC，用于睡眠模式下監(jiān)測模擬輸入，也可在控制感應(yīng)模式下測量系統(tǒng)中的直流電壓，如電池電壓和控制電位器?？刂聘袘?yīng)功能還可在檢測到電壓超過特定閾值時生成中斷，使微控制器在控制電壓穩(wěn)定時處于低功耗睡眠模式。

（四）可編程增益放大器（PGA）

PCM186x的PGA采用混合模擬和數(shù)字可編程增益放大器設(shè)計(jì)，集成了查找表，可實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字增益的最佳平衡。通過自動增益映射功能，可在單個寄存器中設(shè)置每個通道的增益。同時，PGA還具有零交叉檢測功能，能夠減少拉鏈噪聲。

（五）自動削波抑制

軟件控制的PCM186x設(shè)備具有自動削波抑制功能，當(dāng)ADC出現(xiàn)削波時，能夠自動降低增益，并生成內(nèi)部中斷通知系統(tǒng)微控制器。該功能的衰減級別可編程，可設(shè)置為-3dB、-4dB、-5dB或-6dB，同時還支持通道鏈接功能，以保持輸入通道之間的增益平衡。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）電源供應(yīng)

PCM186x采用3.3V和1.8V功能模塊相結(jié)合的方式，具有AVDD、DVDD和IOVDD三個內(nèi)部電源軌。AVDD為模擬電路提供干凈的3.3V電源，DVDD用于3.3V數(shù)字時鐘電路，IOVDD用于驅(qū)動輸入/輸出數(shù)字電路。產(chǎn)品集成了片上LDO，可將外部3.3V轉(zhuǎn)換為數(shù)字核心所需的1.8V。在設(shè)計(jì)電源供應(yīng)時，需要注意各電源軌的穩(wěn)定性和去耦處理，以確保產(chǎn)品性能。

（二）時鐘配置

時鐘配置對于PCM186x的正常工作至關(guān)重要。在選擇時鐘源時，需要根據(jù)產(chǎn)品的工作模式和性能要求進(jìn)行合理選擇。對于主模式，建議使用穩(wěn)定的SCK源，如CMOS SCK或外部晶體。同時，需要根據(jù)不同的采樣率和功能需求，對PLL和時鐘分頻器進(jìn)行正確配置。

（三）PCB布局

在PCB布局方面，應(yīng)遵循模擬和數(shù)字部分分離的原則，將模擬線路與數(shù)字線路分開布線，以防止數(shù)字噪聲干擾模擬信號。去耦電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置，并與設(shè)備位于同一層，避免在去耦電容和設(shè)備之間設(shè)置過孔。此外，在輸入走線之間設(shè)置接地層，可降低串?dāng)_。

（四）寄存器配置

軟件控制的PCM186x設(shè)備通過寄存器進(jìn)行配置，寄存器分為四個頁面：0、1、3和253。在進(jìn)行寄存器配置時，需要仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊，了解每個寄存器的功能和使用方法，避免對未記錄的寄存器進(jìn)行寫入操作。

六、總結(jié)

德州儀器的PCM186x系列音頻ADC以其高SNR性能、靈活的輸入配置、豐富的控制方式和低功耗設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。無論是在家庭影院、語音控制設(shè)備還是藍(lán)牙音箱等應(yīng)用領(lǐng)域，PCM186x都能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助工程師實(shí)現(xiàn)高性能、低成本的音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和設(shè)計(jì)要求，合理選擇產(chǎn)品型號，并注意電源供應(yīng)、時鐘配置、PCB布局和寄存器配置等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。希望本文能夠?qū)Υ蠹以谑褂肞CM186x系列產(chǎn)品進(jìn)行音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時有所幫助。如果你在設(shè)計(jì)過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)留言討論。