德州儀器AIC111音頻編解碼器：低功耗與高性能的完美結(jié)合

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)音頻相關(guān)的硬件設(shè)備時(shí)，選擇一款合適的音頻編解碼器是至關(guān)重要的。今天要給大家介紹的就是德州儀器（TI）推出的一款優(yōu)秀的音頻編解碼器——AIC111。

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一、概述

AIC111是一款與TI μPower DSP或微控制器兼容的音頻編解碼器產(chǎn)品，也可看作是一個(gè)模擬接口電路。它是基于DSP/μC的高性能模擬接口解決方案綜合系列的一部分，主要面向個(gè)人醫(yī)療設(shè)備，如助聽器、聽覺預(yù)處理應(yīng)用和低功耗耳機(jī)應(yīng)用等場景。該編解碼器適用于任何需要可編程時(shí)間常數(shù)PGA/壓縮機(jī)接口、高動(dòng)態(tài)范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器、外部DSP/μC處理信號以及低失真數(shù)模轉(zhuǎn)換器和平衡H橋揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品特性

2.1 低功耗設(shè)計(jì)

AIC111的功耗表現(xiàn)十分出色。它采用典型的1.3V電源供電，典型供電電流僅為350μA。這種低功耗特性使得它非常適合用于對電源要求苛刻的設(shè)備，如電池供電的個(gè)人醫(yī)療設(shè)備和低功耗耳機(jī)等。同時(shí)，它還具備電源監(jiān)控功能，當(dāng)電池電量以非瞬態(tài)方式下降到1.05V以下時(shí)，能夠自動(dòng)關(guān)閉H橋輸出，進(jìn)一步節(jié)省電量。

2.2 高性能音頻處理

• 低噪聲與高動(dòng)態(tài)范圍：前端輸入?yún)⒖荚肼暤湫椭禐?.4μVrms，總諧波失真僅為0.01%，動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)108dB。ADC在40kHz采樣率、100Hz - 10kHz頻率范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)范圍為87dB，總諧波失真為73dB。這些指標(biāo)保證了音頻信號的高質(zhì)量采集和處理。
• 低噪聲可編程增益放大器/壓縮機(jī)前端：該前端具有可編程的快速和慢速攻擊及衰減率，并且支持雙或單攻擊和衰減率選項(xiàng)。這使得它能夠根據(jù)不同的輸入信號進(jìn)行靈活調(diào)整，有效抑制噪聲并提供合適的增益。
• 低抖動(dòng)振蕩器：能夠生成所有內(nèi)部時(shí)鐘，并提供5MHz的輸出時(shí)鐘供外部DSP/μC使用，確保了系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

2.3 靈活的數(shù)字接口

數(shù)字接口可以通過IMODE引腳進(jìn)行選擇，當(dāng)IMODE為低電平時(shí)，采用McBSP DSP - 編解碼器協(xié)議（SACI）；當(dāng)IMODE為高電平時(shí)，采用串行外設(shè)接口（SPI）。這種靈活性使得AIC111能夠方便地與不同類型的處理器進(jìn)行連接，如TI TMS320VC54x?、TMS320VC55x? DSPs以及TI MSP430xx微控制器等。

三、關(guān)鍵模塊分析

3.1 可編程增益放大器和壓縮機(jī)（PGAC）

PGAC的主要功能是放大麥克風(fēng)或傳感器的輸出信號，并根據(jù)輸入信號的電平提供增益壓縮限制。它有四種工作模式：自動(dòng)雙速率（默認(rèn)）、自動(dòng)單速率、固定單速率和固定立即模式。通過PDCREG寄存器的第3和第2位可以進(jìn)行模式選擇。

• 自動(dòng)雙速率模式：具有兩個(gè)攻擊（增益降低）率和兩個(gè)釋放（增益增加）率，通過編程FASTARREG和FORMAT4寄存器進(jìn)行選擇。內(nèi)部使用兩個(gè)計(jì)數(shù)器來控制增益，能夠快速響應(yīng)信號的變化，同時(shí)對信號的平均值做出緩慢響應(yīng)。
• 其他模式：自動(dòng)單速率模式只有一個(gè)攻擊和釋放率；固定單速率模式下，增益根據(jù)PGACREG寄存器的值進(jìn)行變化；固定立即模式下，增益會(huì)立即響應(yīng)PGACREG寄存器的變化。

3.2 Delta Sigma A/D轉(zhuǎn)換器/抗混疊濾波器

該模塊將PGAC的差分輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字字，等效動(dòng)態(tài)范圍約為14位。具有64倍的過采樣率、1.28MHz的主時(shí)鐘和40kHz的輸出數(shù)據(jù)速率，數(shù)字編碼采用2s補(bǔ)碼。在25°C、AVDD = 1.3V的條件下，動(dòng)態(tài)范圍為87dB，輸入采樣率為1.28MHz，輸出采樣率為40kHz，總諧波失真為85dB（100Hz - 10kHz帶寬）。

3.3 數(shù)字高通濾波器

在ADC信號路徑中提供高通濾波功能，可去除通道中引入的直流偏移。通過FORMAT1寄存器可以選擇50Hz、100Hz或旁路模式，默認(rèn)的HPF極點(diǎn)為50Hz。

3.4 Delta Sigma DAC和H橋輸出驅(qū)動(dòng)器

Delta Sigma DAC生成過采樣的位串來驅(qū)動(dòng)H橋輸出驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)外部負(fù)載低通濾波后恢復(fù)出差分模擬信號。H橋輸出驅(qū)動(dòng)器采用標(biāo)準(zhǔn)配置，能夠有效驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在25°C、HB_VDD = 1.3V的條件下，寬帶噪聲固定Q模式下為33μVrms，自適應(yīng)Q模式下為12μVrms，總諧波失真為0.03%（100Hz - 10kHz帶寬），開關(guān)頻率為640kHz，最大輸出擺幅在固定Q模式下為3/4 HB_VDD，自適應(yīng)Q模式下為HB_VDD。

四、應(yīng)用電路示例

4.1 與TI TMS320C54xx的接口

在助聽器應(yīng)用中，將AIC111與TMS320C54xx進(jìn)行接口時(shí)，需要在AVINP、AVINM上連接1μF的耦合電容，VMID_FILT、VREF與模擬地之間連接1μF的電容，MIC_VSUP與模擬地之間連接0.1μF的電容，VRFILT與模擬地之間至少連接0.1μF的電容，推薦連接1μF的電容。這樣的電路配置可以保證音頻信號的正常傳輸和處理。

4.2 與TI MSP430F12x的接口

對于MSP430F12x，通過P2.5引腳可以在需要時(shí)關(guān)閉AIC111。同樣，也需要在相應(yīng)的引腳連接合適的電容，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

五、封裝與訂購信息

AIC111有兩種封裝形式可供選擇。一種是32引腳的QFN 5x5mm封裝，對于這種封裝，若采用管裝，可訂購AIC111RHB；若采用卷帶包裝，可訂購AIC111RHBR。另一種是裸焊球凸點(diǎn)芯片（晶圓級封裝），預(yù)計(jì)在2003年第三季度推出，對于這種封裝，若采用華夫盤包裝，可訂購AIC111YE；若采用卷帶包裝，可訂購AIC111YER。

六、總結(jié)

德州儀器的AIC111音頻編解碼器以其低功耗、高性能和靈活的接口等特性，為音頻相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在個(gè)人醫(yī)療設(shè)備、助聽器還是低功耗耳機(jī)等領(lǐng)域，都能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助工程師們設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。各位電子工程師在進(jìn)行音頻設(shè)計(jì)時(shí)，不妨考慮一下這款A(yù)IC111，相信它會(huì)給你帶來意想不到的效果。大家在使用過程中遇到過哪些音頻編解碼器相關(guān)的問題呢？歡迎在評論區(qū)留言討論。