德州儀器PCM1770/1771：低電壓低功耗立體聲音頻DAC的卓越之選

在當(dāng)今的音頻設(shè)備市場(chǎng)中，低電壓、低功耗且高性能的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）一直是工程師們追求的目標(biāo)。德州儀器（TI）的PCM1770和PCM1771便是這樣兩款出色的產(chǎn)品，它們?yōu)楸銛y式音頻設(shè)備等應(yīng)用提供了理想的解決方案。

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產(chǎn)品概述

PCM1770和PCM1771是CMOS單片集成電路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封裝，集成了立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器、耳機(jī)電路和支持電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采用TI增強(qiáng)的多級(jí)? - Σ架構(gòu)，通過噪聲整形和多級(jí)幅度量化，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)態(tài)性能和對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的更高耐受性。

產(chǎn)品特性

模擬性能卓越

在 (V{CC}) 和 (V{HP}=2.4V) 的條件下，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)98dB（典型值），THD + N在0dB時(shí)為0.1%（典型值），在 - 20dB時(shí)為0.04%（典型值）。在 (R_{L}=16Ω) 時(shí)，立體聲輸出功率為13mW，單聲道輸出功率為26mW。

電源要求寬松

支持1.6V至3.6V的單電源供電，在 (V{CC}=V{HP}=2.4V) 時(shí)，功耗僅為6.5mW。

時(shí)鐘與采樣靈活

系統(tǒng)時(shí)鐘支持 (128f{S})、(192f{S})、(256f{S}) 和 (384f{S})，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz。

控制方式多樣

PCM1770支持軟件控制，可選擇16、20、24位數(shù)據(jù)字，支持左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S格式，可選擇從/主模式，具備數(shù)字衰減、44.1kHz數(shù)字去加重、零交叉衰減、數(shù)字軟靜音、單聲道模擬輸入混合和單聲道揚(yáng)聲器模式等功能。PCM1771支持硬件控制，支持左對(duì)齊和I2S格式，具備44.1kHz數(shù)字去加重和單聲道模擬輸入混合功能。

其他特性

具有無(wú)爆音電路，所有邏輯輸入可承受3.3V電壓。

電氣特性

分辨率與頻率

分辨率為24位，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率支持多種選擇。

數(shù)字輸入/輸出

邏輯電平與CMOS兼容，輸入輸出邏輯電平有明確規(guī)定。

動(dòng)態(tài)性能

耳機(jī)輸出的滿量程輸出電壓、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比、THD + N等指標(biāo)表現(xiàn)出色，聲道分離度高。

直流精度

增益誤差、增益失配和雙極零誤差在合理范圍內(nèi)。

模擬輸入與濾波性能

模擬輸入電壓范圍、增益、輸入阻抗等參數(shù)明確，數(shù)字和模擬濾波器性能良好。

引腳與功能

引腳分配

PCM1770和PCM1771有不同的封裝形式，每個(gè)引腳都有特定的功能，如AGND為模擬地，AIN為單聲道模擬信號(hào)混合輸入，BCK為串行位時(shí)鐘等。

終端功能

不同引腳的輸入輸出類型和功能詳細(xì)，例如LRCK用于確定音頻數(shù)據(jù)輸入的聲道，MD用于控制PCM1770的操作模式等。

系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位

系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

PCM1770和PCM1771需要系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)操作數(shù)字插值濾波器和多級(jí)? - Σ調(diào)制器，系統(tǒng)時(shí)鐘從SCKI引腳輸入。不同采樣頻率對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，且對(duì)時(shí)鐘源的相位抖動(dòng)和噪聲有要求。

電源開關(guān)復(fù)位

在電源電壓達(dá)到指定范圍且時(shí)鐘穩(wěn)定后，PD引腳需從低電平變?yōu)楦唠娖?，以啟?dòng)上電序列。上電和下電過程中，遵循特定的時(shí)序要求可避免爆音。

電源上下電序列和復(fù)位

PCM1770有硬件和軟件兩種電源上下電方法，PCM1771只有硬件控制方法。電源上下電時(shí)，數(shù)字電路會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)位操作。

音頻接口

音頻串行接口

由3線同步串行端口組成，包括LRCK、DATA和BCK。BCK用于時(shí)鐘音頻數(shù)據(jù)輸入，LRCK用于鎖存數(shù)據(jù)。PCM1770的LRCK和BCK支持從/主模式。

音頻數(shù)據(jù)格式和時(shí)序

PCM1770支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等多種音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1771支持I2S和左對(duì)齊格式。數(shù)據(jù)格式通過特定的位進(jìn)行選擇，默認(rèn)格式為24位左對(duì)齊從模式。

控制方式

硬件控制（PCM1771）

通過FMT、DEMP和AMIX等引腳可選擇數(shù)據(jù)格式、控制去加重和模擬混合功能。

軟件控制（PCM1770）

通過MS、MC和MD對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)多種可編程功能。寄存器寫操作使用16位數(shù)據(jù)字，有特定的控制數(shù)據(jù)字格式和時(shí)序要求。

模式控制寄存器

PCM1770的模式控制寄存器可實(shí)現(xiàn)軟靜音控制、數(shù)字衰減設(shè)置、過采樣率控制等多種功能，每個(gè)寄存器有特定的位定義和默認(rèn)值。

模擬輸入輸出

耳機(jī)輸出

有兩個(gè)獨(dú)立的耳機(jī)放大器，輸出在 (H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 引腳。建議使用16Ω阻抗的耳機(jī)，需連接電阻和電容確保輸出負(fù)載正常。

單聲道輸出

可通過求和左右耳機(jī)輸出實(shí)現(xiàn)單聲道輸出，在BTL模式下需設(shè)置特定的輸出電平并調(diào)整極性。

模擬輸入

AIN引腳可輸入單聲道模擬信號(hào)，可與耳機(jī)輸出進(jìn)行內(nèi)部混合。使用時(shí)需注意輸入信號(hào)帶寬和電壓范圍，不使用時(shí)需將AIN引腳開路并禁用相關(guān)控制位。

(V_{COM}) 輸出

(V_{COM}) 為未緩沖的共模電壓輸出引腳，需連接10μF電容進(jìn)行去耦，電容過小將可能產(chǎn)生爆音。

應(yīng)用信息

連接圖

基本連接圖包含必要的電源旁路和去耦組件，建議使用指定的組件值。SCKI、LRCK、BCK和DATA輸入建議使用串聯(lián)電阻，以減少高頻噪聲。

電源和接地

需要2.4V的模擬電源，建議使用線性穩(wěn)壓器提供電源。電源旁路需使用特定類型的電容。

短路保護(hù)

(H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 不允許持續(xù)短路，如有短路可能，需在輸出引腳和應(yīng)用電路之間添加8Ω或更高的串聯(lián)電阻。

總結(jié)

德州儀器的PCM1770和PCM1771以其卓越的性能、靈活的控制方式和豐富的功能，為音頻設(shè)備設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。無(wú)論是便攜式音頻播放器、手機(jī)還是PDA等設(shè)備，都能從這兩款產(chǎn)品中獲得出色的音頻體驗(yàn)。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)音頻相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，PCM1770和PCM1771無(wú)疑是值得考慮的優(yōu)秀選擇。你在使用類似音頻DAC產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。