Burr - Brown TLV320DAC26：低功耗立體聲音頻 DAC 的技術(shù)解析

在當(dāng)今的便攜式計(jì)算、通信和娛樂設(shè)備中，高性能音頻的需求日益增長(zhǎng)。Burr - Brown 推出的 TLV320DAC26 音頻 DAC 為滿足這一需求提供了絕佳的解決方案。下面，我們就來(lái)詳細(xì)分析一下這款芯片。

文件下載：tlv320dac26.pdf

產(chǎn)品概述

TLV320DAC26 是一款高度集成的立體聲音頻 DAC，具備低功耗、高品質(zhì)音頻處理能力，非常適合用于 MP3 播放器、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等設(shè)備。它支持高達(dá) 48ksps 的音頻采樣率，擁有 97 - dBA 的立體聲音頻回放性能，同時(shí)在低功耗方面表現(xiàn)出色，48ksps 時(shí)立體聲音頻回放僅需 11mW。

主要特性

音頻性能

• 高音質(zhì)回放：實(shí)現(xiàn) 97 - dBA 的立體聲回放，為用戶帶來(lái)清晰、高保真的音頻體驗(yàn)。
• 多采樣率支持：能夠支持多種音頻標(biāo)準(zhǔn)采樣率，最高可達(dá) 53kHz，包括常見的 8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz 和 48kHz。這使得它可以適應(yīng)不同音頻源的需求。

低功耗設(shè)計(jì)

• 低功率音頻回放：在 48ksps 時(shí)，僅需 11mW 的功率即可實(shí)現(xiàn)立體聲音頻回放，極大地延長(zhǎng)了便攜式設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。
• 靈活的功率模式：輸出驅(qū)動(dòng)可配置為低功率或高功率模式，根據(jù)實(shí)際負(fù)載和輸出功率需求進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)功耗。

集成功能

• 片上揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)：具備 325 - mW、8 - Ω 的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，減少了外部元件的使用。
• 立體聲耳機(jī)放大器：帶有無(wú)電容輸出選項(xiàng)，簡(jiǎn)化了耳機(jī)接口設(shè)計(jì)，同時(shí)提供高品質(zhì)的耳機(jī)音頻輸出。
• 集成 PLL：用于靈活的音頻時(shí)鐘生成，可以從系統(tǒng)中多種時(shí)鐘源生成所需的內(nèi)部 DAC 操作時(shí)鐘，確保音頻處理的穩(wěn)定性。
• 可編程數(shù)字音頻處理：支持可編程的低音、高音、均衡器和去加重功能，可根據(jù)用戶需求調(diào)整音頻效果。

接口豐富

• SPI 和 I2S 串行接口：方便與主機(jī)處理器進(jìn)行通信，使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效和穩(wěn)定。
• 多種輸入接口：提供麥克風(fēng)和輔助輸入接口，可用于模擬側(cè)音混合，增加了音頻處理的靈活性。

電氣特性

電源參數(shù)

該芯片需要多種電源供應(yīng)，AVDD、DRVDD、IOVDD 和 DVDD 等電源電壓有不同的范圍要求。例如，AVDD 和 DRVDD 建議設(shè)置為 2.7 - 3.6V，IOVDD 為 1.1 - 3.6V，DVDD 為 1.525 - 1.95V。在不同的工作模式和狀態(tài)下，各個(gè)電源的電流消耗也有所不同。例如，在 48ksps 立體聲音頻回放且輸出驅(qū)動(dòng)處于低功率模式、VGND 關(guān)閉、PLL 關(guān)閉時(shí)，IAVDD 為 2.2mA，IDRVDD 為 2.4mA。

音頻性能參數(shù)

• DAC 插值濾波器：通帶范圍為 20Hz - 0.45Fs，過渡帶為 0.45Fs - 0.5501Fs，阻帶為 0.5501Fs - 7.455Fs，阻帶衰減可達(dá) 65dB，濾波器群延遲為 21/Fs。這些參數(shù)確保了音頻信號(hào)在處理過程中的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
• 音頻輸出指標(biāo)：不同輸出接口的滿量程輸出電壓、信噪比（SNR）、總諧波失真（THD）等指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，耳機(jī)輸出在 1kHz 正弦波輸入、48ksps、高功率模式下，SNR 可達(dá) 97dBA，THD 低至 - 91dB。

工作模式與配置

音頻接口模式

TLV320DAC26 的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)傳輸支持右對(duì)齊、左對(duì)齊、I2S 和 DSP 四種不同格式，并且可以在主模式或從模式下工作。

• 右對(duì)齊模式：左聲道 LSB 在 LRCK 下降沿前的 BCLK 上升沿有效，右聲道同理。
• 左對(duì)齊模式：右聲道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的 BCLK 上升沿有效，左聲道同理。
• I2S 模式：左聲道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的第二個(gè) BCLK 上升沿有效，右聲道同理。
• DSP 模式：LRCK 下降沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，先傳輸左聲道數(shù)據(jù)，緊接著是右聲道數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)位在 BCLK 下降沿有效。

采樣率設(shè)置

通過音頻控制寄存器（Register 00H, Page2）可以設(shè)置音頻 DAC 的采樣率，采樣率是從參考率（Fsref）進(jìn)行縮放得到的。Fsref 必須在 39kHz - 53kHz 之間，通過寄存器編程可以選擇不同的分頻系數(shù)。同時(shí)，芯片還支持可編程插值功能，能夠在低采樣率下提供更好的音頻性能。例如，當(dāng)需要播放 11.025kHz 的數(shù)據(jù)時(shí)，可以將 Fsref 設(shè)置為 44.1kHz，然后將 DAC 采樣率設(shè)置為 Fsref/4。

輸出驅(qū)動(dòng)與配置

功率模式

輸出驅(qū)動(dòng)可以配置為低功率模式或高功率模式。默認(rèn)情況下，復(fù)位時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)處于低功率模式，可驅(qū)動(dòng)最小 10kΩ 負(fù)載的全量程線電平信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)最小 16Ω 負(fù)載的中等幅度信號(hào)。通過設(shè)置 Reg05H/Page2 的 D12 位為 1 可將其配置為高功率模式，此時(shí)每個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)可向 16Ω 耳機(jī)負(fù)載提供高達(dá) 30mW 每通道的功率。

耳機(jī)與揚(yáng)聲器配置

• 耳機(jī)配置：耳機(jī)可以采用交流耦合或無(wú)電容輸出配置。交流耦合配置需要選擇合適的電容值，以避免低頻信號(hào)的衰減。無(wú)電容輸出配置雖然消除了電容和相關(guān)的高通濾波器，但需要注意避免耳機(jī)插孔的 RETURN 端子接地短路，否則 VGND 放大器將進(jìn)入短路保護(hù)，導(dǎo)致音頻輸出異常。
• 揚(yáng)聲器配置：高功率模式下，輸出驅(qū)動(dòng)可配置為驅(qū)動(dòng)最小 8Ω 的揚(yáng)聲器負(fù)載。通過可編程數(shù)字效果濾波器可以實(shí)現(xiàn)聲道反轉(zhuǎn)等功能，將立體聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為單聲道混合信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

短路保護(hù)

芯片集成了可編程短路檢測(cè)/保護(hù)功能，可通過 REG - 1DH/Page2 的 D8 - D7 位進(jìn)行控制。可以選擇完全禁用短路保護(hù)以提供更大的輸出功率，但需要注意防止短路；也可以啟用電流限制和短路檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)設(shè)置短路檢測(cè)標(biāo)志，用戶可以根據(jù)需要關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。

音頻處理功能

數(shù)字音頻處理

每個(gè)聲道的立體聲音頻 DAC 包含數(shù)字音頻處理模塊、數(shù)字插值濾波器、數(shù)字 delta - sigma 調(diào)制器和模擬重建濾波器。數(shù)字音頻處理模塊包括去加重、低音、高音、中音調(diào)整和揚(yáng)聲器均衡等可選濾波器。去加重功能僅適用于 32kHz、44.1kHz 和 48kHz 的采樣率，通過設(shè)置寄存器 05H/Page2 的 D0 位可以啟用或繞過該濾波器。

數(shù)字音量控制

DAC 具備數(shù)字音量控制功能，音量級(jí)別可以在 0dB 至 - 63.5dB 之間以 0.5dB 為步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)聲道還設(shè)有獨(dú)立的靜音位。同時(shí)，可以通過主音量控制同時(shí)改變兩個(gè)聲道的音量。音量調(diào)整采用軟步進(jìn)算法，避免了音量突變帶來(lái)的音頻沖擊。

音頻混合與按鍵音

• 音頻混合：模擬混音器可以將選擇的模擬輸入（MICIN 或 AUX）通過模擬音量控制后與音頻 DAC 輸出進(jìn)行混合。模擬音量控制的增益范圍為 12dB 至 - 34.5dB，以 0.5dB 為步長(zhǎng)，還包括靜音和軟步進(jìn)邏輯。
• 按鍵音：芯片包含一個(gè)特殊電路，可根據(jù)寄存器控制將方波信號(hào)插入到模擬輸出信號(hào)路徑中，用于生成按鍵音以提供用戶反饋。按鍵音的頻率可以在 62.5Hz 至 8kHz 之間變化，持續(xù)時(shí)間可以從 2 個(gè)周期編程到 32 個(gè)周期。

通信協(xié)議與寄存器

SPI 接口

所有控制寄存器通過標(biāo)準(zhǔn) SPI 總線進(jìn)行編程。SPI 支持全雙工、同步、串行通信，主機(jī)處理器作為主設(shè)備，芯片作為從設(shè)備。通信時(shí)，主設(shè)備發(fā)起傳輸，時(shí)鐘極性（CPOL = 0）和時(shí)鐘相位（CPHA = 1）的設(shè)置決定了數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)機(jī)。

寄存器編程

芯片的所有功能通過寄存器進(jìn)行控制，SPI 主設(shè)備通過發(fā)送 16 位命令來(lái)讀寫這些寄存器。命令的構(gòu)造包括讀寫位、頁(yè)面地址、寄存器地址等信息。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置不同的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻采樣率、音量控制、濾波器啟用等功能。

內(nèi)存映射

芯片的寄存器分為三個(gè)頁(yè)面的內(nèi)存：數(shù)據(jù)頁(yè)（Page 0）和控制頁(yè)（Page 1 和 Page 2）。每個(gè)頁(yè)面包含多個(gè)寄存器，用于控制不同的功能。例如，Page 2 的 Audio Control 1 寄存器用于設(shè)置音頻輸入、字長(zhǎng)、采樣率等參數(shù)；DAC Gain Control 寄存器用于控制左右聲道的靜音和音量。

布局建議

為了獲得最佳性能，在 PCB 布局時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源布局：提供給芯片的電源必須干凈且有良好的旁路。在芯片附近應(yīng)放置 0.1 - μF 的陶瓷旁路電容，如果芯片電源引腳與系統(tǒng)電源之間的阻抗較高，可能還需要 1 - μF 至 10 - μF 的電容。
• 接地布局：接地引腳必須連接到干凈的接地點(diǎn)，通常是模擬接地。避免與微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器的接地點(diǎn)過近。如有需要，可以直接從轉(zhuǎn)換器引出接地走線連接到電源入口或電池連接點(diǎn)。理想的布局應(yīng)包括一個(gè)專門用于轉(zhuǎn)換器和相關(guān)模擬電路的模擬接地平面。

總結(jié)

TLV320DAC26 以其出色的音頻性能、低功耗設(shè)計(jì)、豐富的集成功能和靈活的配置選項(xiàng)，成為便攜式音頻設(shè)備設(shè)計(jì)的理想選擇。電子工程師在使用該芯片時(shí)，需要深入理解其各項(xiàng)特性和工作模式，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為用戶帶來(lái)高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些關(guān)于 TLV320DAC26 的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。