德州儀器PCM1748：24位音頻DAC的卓越之選

在音頻數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換（DAC）領(lǐng)域，德州儀器（TI）的PCM1748以其出色的性能和豐富的功能脫穎而出。作為一名資深電子工程師，今天就來和大家詳細(xì)探討這款24位、96kHz采樣的音頻DAC。

文件下載：pcm1748.pdf

一、產(chǎn)品概述

PCM1748是一款CMOS單片集成電路，采用小巧的SSOP - 16封裝，集成了立體聲數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）和支持電路。它運(yùn)用了德州儀器增強(qiáng)型多級? - ∑架構(gòu)，采用四階噪聲整形和8級幅度量化，實(shí)現(xiàn)了出色的動態(tài)性能，并提高了對時(shí)鐘抖動的容忍度。

二、產(chǎn)品特性

（一）高精度分辨率

PCM1748具有24位分辨率，能夠提供非常精細(xì)的音頻信號轉(zhuǎn)換，為高品質(zhì)音頻播放奠定了基礎(chǔ)。

（二）優(yōu)異的模擬性能

在 (V_{CC}=5V) 的條件下，不同型號展現(xiàn)出了優(yōu)秀的模擬性能：

• 動態(tài)范圍：PCM1748KE典型值為106dB，PCM1748E典型值為100dB。
• 信噪比（SNR）：PCM1748KE典型值為106dB，PCM1748E典型值為100dB。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：PCM1748KE典型值為0.002%，PCM1748E典型值為0.003%。
• 滿量程輸出：典型值為3.1Vp - p。

（三）高效數(shù)字濾波器

8倍過采樣數(shù)字濾波器具有出色的性能：

• 阻帶衰減：達(dá)到 - 55dB。
• 通帶紋波：僅為 ± 0.03dB。
• 采樣頻率范圍：支持5kHz到100kHz。

（四）靈活的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)格式

• 系統(tǒng)時(shí)鐘：支持256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})、768 (f{S})，并具備自動檢測功能。
• 數(shù)據(jù)格式：接受16、18、20和24位音頻數(shù)據(jù)，支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對齊等數(shù)據(jù)格式。

（五）用戶可編程模式控制

提供了豐富的用戶可編程功能，包括：

• 數(shù)字衰減：范圍從0dB到 - 63dB，步長為0.5dB。
• 數(shù)字去加重。
• 數(shù)字濾波器滾降：可選尖銳或緩慢。
• 軟靜音。
• 每個(gè)輸出的零標(biāo)志。

（六）雙電源操作

采用5V模擬電源和3.3V數(shù)字電源，數(shù)字輸入具有5V容限。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

PCM1748的高性能使其適用于多種音頻應(yīng)用場景，如AV接收器、DVD電影播放器、高端PC的DVD附加卡、HDTV接收器、汽車音頻系統(tǒng)等對24位音頻有需求的設(shè)備。

四、電氣特性和性能曲線

（一）電氣特性

在 (T{A}=25^{circ}C)、(V{CC}=5V)、(V{DD}=3.3V)、(f{S}=44.1kHz)、系統(tǒng)時(shí)鐘 = 384 (f_{S}) 和24位數(shù)據(jù)的條件下，PCM1748展現(xiàn)出了穩(wěn)定的電氣性能，包括分辨率、數(shù)據(jù)格式、數(shù)字輸入/輸出、動態(tài)性能、直流精度等方面的詳細(xì)參數(shù)。

（二）典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，如數(shù)字濾波器（去加重關(guān)閉）的頻率響應(yīng)、去加重曲線、模擬動態(tài)性能（包括總諧波失真加噪聲、動態(tài)范圍、信噪比、聲道分離度等與電源電壓和溫度的關(guān)系）。這些曲線有助于工程師在不同的工作條件下評估和優(yōu)化PCM1748的性能。

五、系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位和接口

（一）系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

PCM1748需要系統(tǒng)時(shí)鐘來操作數(shù)字插值濾波器和多級? - ∑調(diào)制器。系統(tǒng)時(shí)鐘通過SCK輸入（引腳16）提供，不同的音頻采樣率對應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。為了獲得最佳性能，建議使用低相位抖動和噪聲的時(shí)鐘源，如德州儀器的PLL1700多時(shí)鐘發(fā)生器。

（二）上電復(fù)位功能

當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘激活且 (V_{DD}>2V)（典型值，范圍為1.6V到2.4V）時(shí)，上電復(fù)位功能啟用。初始化序列需要1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，復(fù)位后PCM1748進(jìn)入默認(rèn)狀態(tài)。

（三）音頻串行接口

音頻串行接口由3線同步串行端口組成，包括LRCK（引腳3）、BCK（引腳1）和DATA（引腳2）。BCK用于時(shí)鐘串行數(shù)據(jù)，LRCK用于鎖存串行數(shù)據(jù)。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。

（四）音頻數(shù)據(jù)格式和時(shí)序

支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對齊等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)格式通過控制寄存器20中的格式位FMT[2:0]選擇。默認(rèn)數(shù)據(jù)格式為24位左對齊，所有格式都要求二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

（五）串行控制接口

串行控制接口是一個(gè)3線串行端口，異步于串行音頻接口，用于對片上模式寄存器進(jìn)行編程。控制接口包括MD（引腳13）、MC（引腳14）和ML（引腳15）。

六、模式控制寄存器

PCM1748提供了多個(gè)用戶可編程的模式控制寄存器，通過串行控制接口進(jìn)行編程。這些寄存器控制著數(shù)字衰減、軟靜音、過采樣率、DAC操作、去加重功能、音頻數(shù)據(jù)格式、數(shù)字濾波器滾降、零標(biāo)志功能、輸出相位等功能。

七、模擬輸出和應(yīng)用信息

（一）模擬輸出

PCM1748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)通道能夠在5kΩ交流耦合負(fù)載下驅(qū)動3.1Vp - p的典型輸出。內(nèi)部輸出放大器偏置到直流共模（或雙極零）電壓 (V_{CC}/2)，并包含一個(gè)RC連續(xù)時(shí)間濾波器來減少帶外噪聲。

（二）應(yīng)用信息

• 連接圖：文檔提供了基本的連接圖，包括必要的電源旁路和去耦組件。建議在SCK、LRCK、BCK和DATA輸入使用22Ω到100Ω的串聯(lián)電阻，以減少高頻噪聲。
• 電源和接地：需要5V模擬電源和3.3V數(shù)字電源，3.3V電源建議通過線性穩(wěn)壓器從5V電源派生。
• DAC輸出濾波器電路：為了提供最佳的轉(zhuǎn)換器性能，需要結(jié)合片上和外部低通濾波來降低帶外噪聲。文檔推薦了單電源和雙電源應(yīng)用的外部低通有源濾波器電路。
• PCB布局指南：建議使用接地平面，將模擬和數(shù)字部分隔離。數(shù)字和模擬部分應(yīng)使用獨(dú)立的電源，以防止數(shù)字開關(guān)噪聲影響模擬性能。

八、關(guān)鍵性能參數(shù)測量

文檔詳細(xì)介紹了如何測量PCM1748的關(guān)鍵動態(tài)性能參數(shù)，如總諧波失真加噪聲（THD + N）、動態(tài)范圍和空閑通道信噪比（SNR），并提供了相應(yīng)的測試設(shè)置圖。

九、總結(jié)

德州儀器的PCM1748以其高精度、高性能和豐富的功能，為音頻DAC應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在音頻質(zhì)量要求較高的消費(fèi)電子設(shè)備，還是在專業(yè)音頻領(lǐng)域，PCM1748都能夠發(fā)揮出其優(yōu)勢。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，PCM1748值得我們深入研究和應(yīng)用。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。