TI PCM1780/81/82音頻DAC：高性能音頻轉(zhuǎn)換的理想之選

在音頻處理領(lǐng)域，數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能直接影響著音頻質(zhì)量。德州儀器（TI）的PCM1780、PCM1781和PCM1782系列24位、192 - kHz采樣的音頻DAC，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多音頻應(yīng)用的理想選擇。今天我們就來(lái)深入了解一下這幾款產(chǎn)品。

文件下載：pcm1780.pdf

產(chǎn)品概述

PCM1780/81/82是CMOS單片集成電路，采用小型16引腳SSOP封裝，集成了立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器和支持電路。它們運(yùn)用TI的增強(qiáng)型多級(jí)Δ - Σ架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)態(tài)性能，并提高了對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的容忍度。該系列支持16 - 24位的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，能輕松與音頻DSP和解碼芯片接口，最高支持200 kHz的采樣率。

產(chǎn)品特性

高分辨率與出色性能

• 分辨率：擁有24位分辨率，能夠提供更細(xì)膩、更豐富的音頻細(xì)節(jié)。
• 動(dòng)態(tài)范圍與信噪比：在(V_{CC}=5V)的條件下，典型動(dòng)態(tài)范圍和信噪比可達(dá)106 dB，能有效減少噪聲干擾，還原純凈的音頻信號(hào)。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：典型值低至0.002%，確保音頻信號(hào)的高保真度。
• 滿量程輸出：典型值為3.9 Vp - p，能提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力。

靈活的數(shù)字濾波

具備4×/8×過(guò)采樣數(shù)字濾波器，通帶紋波僅為±0.04 dB，阻帶衰減可達(dá) - 50 dB，能有效濾除雜波，優(yōu)化音頻信號(hào)。

寬采樣頻率范圍

采樣頻率范圍為5 kHz至200 kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘支持128(f{S})、192(f{S})、256(f{S})、384(f{S})、512(f{S})、768(f{S})、1152(f_{S})，并能自動(dòng)檢測(cè)，適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景。

多樣的控制方式

• 軟件控制（PCM1780/82）：通過(guò)三線串行控制端口，支持多種音頻數(shù)據(jù)格式，如右對(duì)齊、I2S和左對(duì)齊，還具備數(shù)字衰減、數(shù)字去加重、數(shù)字濾波器滾降選擇、軟靜音等功能。
• 硬件控制（PCM1781）：通過(guò)四個(gè)控制引腳，支持I2S和16位字、右對(duì)齊格式，以及數(shù)字去加重和軟靜音功能。

電氣特性與性能曲線

電氣特性

在(T{A}=25^{circ}C)，(V{CC}=5V)，(f{S}=48kHz)，系統(tǒng)時(shí)鐘 = 512(f{S})和24位數(shù)據(jù)的條件下，各項(xiàng)參數(shù)表現(xiàn)優(yōu)異。例如，增益誤差在±1% - ±6% FSR之間，通道間增益失配在±1% - ±6% FSR之間，能保證音頻信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。

典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，包括數(shù)字濾波器（去加重關(guān)閉）的頻率響應(yīng)、模擬濾波器性能、電源電壓特性和溫度特性等。這些曲線直觀地展示了產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，為工程師的設(shè)計(jì)提供了重要參考。

系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位功能

系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

PCM1780/81/82需要系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字插值濾波器和多級(jí)Δ - Σ調(diào)制器。系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)SCK輸入（引腳5），不同的采樣頻率對(duì)應(yīng)著多種系統(tǒng)時(shí)鐘頻率選擇。為了獲得最佳性能，建議使用低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源，TI的PLL170x系列多時(shí)鐘發(fā)生器是不錯(cuò)的選擇。

上電復(fù)位功能

該系列產(chǎn)品具備上電復(fù)位功能。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘激活且(V{CC}>3V)（典型值，范圍為2.2 V - 3.7 V）時(shí)，上電復(fù)位功能啟用。復(fù)位期間（3072個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘），模擬輸出被強(qiáng)制設(shè)置為公共電壓(V{COM})，復(fù)位完成后，內(nèi)部寄存器在(1 / f_{S})周期內(nèi)初始化，設(shè)備開始正常工作。

音頻接口與數(shù)據(jù)格式

音頻串行接口

由三線同步串行端口組成，包括LRCK（引腳8）、BCK（引腳7）和DATA（引腳6）。BCK用于將串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器，LRCK用于將串行數(shù)據(jù)鎖存到內(nèi)部寄存器。LRCK和BCK應(yīng)與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，理想情況下應(yīng)從系統(tǒng)時(shí)鐘輸入SCK派生。

音頻數(shù)據(jù)格式

PCM1780/82支持右對(duì)齊、I2S和左對(duì)齊等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1781支持I2S和16位字、右對(duì)齊格式。所有格式都要求音頻數(shù)據(jù)為MSB優(yōu)先、二進(jìn)制補(bǔ)碼形式。

零標(biāo)志功能

PCM1780/82

每個(gè)輸出通道的零檢測(cè)是獨(dú)立的。如果某個(gè)通道的數(shù)據(jù)在1024個(gè)采樣周期內(nèi)保持為0電平，則該通道會(huì)觸發(fā)零檢測(cè)條件，對(duì)應(yīng)的零標(biāo)志引腳（ZEROL或ZEROR）會(huì)置為邏輯1狀態(tài)。零標(biāo)志輸出的極性可以通過(guò)設(shè)置控制寄存器22的ZREV位來(lái)反轉(zhuǎn)，L通道和R通道的公共零標(biāo)志可以通過(guò)設(shè)置AZRO位來(lái)選擇。在PCM1782上，ZEROL和ZEROR是開漏輸出。

PCM1781

具有一個(gè)零標(biāo)志引腳ZEROA（引腳16），它是L通道和R通道的公共零標(biāo)志引腳。當(dāng)L通道和R通道的數(shù)據(jù)在1024個(gè)采樣周期內(nèi)保持為0電平時(shí)，ZEROA置為邏輯1狀態(tài)。

模擬輸出與應(yīng)用信息

模擬輸出

PCM1780/81/82包含兩個(gè)獨(dú)立的輸出通道(V{OUT}L)和(V{OUT}R)，為不平衡輸出，每個(gè)通道典型情況下能驅(qū)動(dòng)3.9 Vp - p的信號(hào)到5 kΩ交流耦合負(fù)載。內(nèi)部輸出放大器偏置到直流公共電壓(V{COM})（等于(0.5V{CC})），并集成了RC連續(xù)時(shí)間濾波器，有助于減少Δ - Σ DAC輸出的帶外噪聲能量。但對(duì)于許多應(yīng)用，還需要外部低通濾波器來(lái)進(jìn)一步抑制帶外噪聲。

應(yīng)用信息

• 連接圖：文檔給出了基本連接圖，建議在SCK、LRCK、BCK和DATA輸入使用22 Ω - 100 Ω的串聯(lián)電阻，以減少高頻噪聲發(fā)射和抑制時(shí)鐘及數(shù)據(jù)線上的毛刺和振鈴。
• 電源與接地：需要5 V電源，建議采用適當(dāng)?shù)碾娫磁月反胧?。為了避?a href="http://www.makelele.cn/tags/數(shù)字電源/" target="_blank">數(shù)字電源的開關(guān)噪聲影響模擬電源，建議為數(shù)字和模擬部分分別使用獨(dú)立的電源。如果使用公共5 V電源，應(yīng)在模擬和數(shù)字5 V電源連接之間放置電感（RF扼流圈、鐵氧體磁珠）。
• PCB布局：建議使用接地平面，并通過(guò)分割或切割電路板來(lái)隔離模擬和數(shù)字部分。PCM1780/81/82的數(shù)字I/O引腳應(yīng)朝向接地平面分割處，以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字音頻接口和控制信號(hào)的短而直接的連接。

總結(jié)

TI的PCM1780/81/82系列音頻DAC以其高分辨率、出色的動(dòng)態(tài)性能、豐富的功能和靈活的控制方式，為音頻設(shè)計(jì)工程師提供了強(qiáng)大的工具。無(wú)論是A/V接收器、DVD播放機(jī)、高清電視接收器還是汽車音頻系統(tǒng)等應(yīng)用，該系列產(chǎn)品都能滿足對(duì)高品質(zhì)音頻轉(zhuǎn)換的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇產(chǎn)品型號(hào)，并遵循文檔中的設(shè)計(jì)指南，以充分發(fā)揮產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)。

各位工程師朋友，你們?cè)谝纛l設(shè)計(jì)中有沒(méi)有使用過(guò)類似的DAC產(chǎn)品呢？在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。