ADAU1702音頻處理器：音頻處理的強(qiáng)大解決方案

在音頻處理領(lǐng)域，一款高性能、功能豐富的音頻處理器至關(guān)重要。今天我們就來(lái)深入了解一下Analog Devices的ADAU1702，這是一款28 - /56位音頻處理器，具備諸多出色特性，能為各類音頻應(yīng)用提供強(qiáng)大支持。

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一、產(chǎn)品特性

（一）高性能處理能力

ADAU1702擁有28 - /56位、25 MIPS的數(shù)字音頻處理器核心。28位×28位乘法器搭配56位累加器，可實(shí)現(xiàn)全雙精度處理，在音頻處理中能提供高精度和出色的低電平信號(hào)性能，就像給音頻處理加上了精準(zhǔn)的“放大鏡”，讓每一個(gè)音頻細(xì)節(jié)都能清晰展現(xiàn)。

（二）出色的ADC和DAC性能

它配備2個(gè)ADC和4個(gè)DAC。ADC的信噪比（SNR）達(dá)100 dB，總諧波失真加噪聲（THD + N）為 - 83 dB；DAC的SNR為104 dB，THD + N為 - 90 dB。如此優(yōu)秀的指標(biāo)，能確保音頻信號(hào)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中盡可能減少失真和噪聲，還原出高質(zhì)量的音頻。

（三）靈活的操作模式

ADAU1702支持完全獨(dú)立運(yùn)行，可通過(guò)串行EEPROM自啟動(dòng)。還配備輔助ADC和4輸入多路復(fù)用器用于模擬控制，以及GPIO用于數(shù)字控制和輸出，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了極大的靈活性。

（四）便捷的編程方式

借助SigmaStudio圖形工具，用戶可以輕松對(duì)其進(jìn)行編程。該工具允許用戶通過(guò)圖形化的方式配置自定義信號(hào)處理流程，就像搭積木一樣，將各種功能模塊組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)所需的音頻處理功能。

（五）豐富的時(shí)鐘選項(xiàng)

具備時(shí)鐘振蕩器，可從晶體生成主時(shí)鐘；還有PLL，能從64 × fs、256 × fs、384 × fs或512 × fs時(shí)鐘生成主時(shí)鐘，滿足不同應(yīng)用對(duì)時(shí)鐘的需求。

（六）靈活的串口數(shù)據(jù)端口

其串口數(shù)據(jù)輸入/輸出端口支持I2S兼容、左對(duì)齊、右對(duì)齊和TDM模式，最高支持192 kHz的采樣率，方便與各種外部設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸。

（七）電壓兼容性

片上電壓調(diào)節(jié)器使其能與3.3 V系統(tǒng)兼容，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)成本。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

ADAU1702的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了多媒體揚(yáng)聲器系統(tǒng)、MP3播放器揚(yáng)聲器基座、汽車主機(jī)、迷你組件立體聲、數(shù)字電視、工作室監(jiān)視器、揚(yáng)聲器分頻器、樂(lè)器效果處理器以及飛機(jī)/長(zhǎng)途客車的座椅內(nèi)音響系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它都能憑借其出色的性能，提升音頻質(zhì)量，為用戶帶來(lái)更好的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)分析

（一）模擬性能

在模擬性能方面，ADC輸入具有2通道立體聲輸入，分辨率為24位，滿量程輸入為100 μA rms。其信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、總諧波失真加噪聲等指標(biāo)都表現(xiàn)出色。DAC輸出有4個(gè)通道，同樣具備高分辨率和優(yōu)秀的音頻指標(biāo)。此外，電壓參考和輔助ADC也有相應(yīng)的性能參數(shù)，這些參數(shù)共同保證了音頻信號(hào)在模擬部分的高質(zhì)量處理。

（二）數(shù)字輸入/輸出

數(shù)字輸入/輸出部分規(guī)定了輸入電壓、輸入泄漏電流、輸出電壓等參數(shù)。例如，輸入電壓高為2.0 V到IOVDD，輸入泄漏電流在不同情況下有相應(yīng)的限制，這些參數(shù)確保了數(shù)字信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

（三）電源

電源方面，模擬電壓為3.3 V，數(shù)字電壓為1.8 V，PLL電壓為3.3 V，IOVDD電壓為3.3 V。不同狀態(tài)下的電源電流和功耗也有明確的規(guī)定，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)需要充分考慮這些因素，以確保處理器的穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）PLL和振蕩器

PLL的工作范圍為MCLK_Nom - 20%到MCLK_Nom + 20%，鎖定時(shí)間最長(zhǎng)為20 ms。晶體振蕩器的跨導(dǎo)為78 mmho，這些參數(shù)對(duì)于時(shí)鐘的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

（五）調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器能將DVDD電壓穩(wěn)定在1.7 - 1.84 V之間，為數(shù)字電路提供穩(wěn)定的電源。

（六）數(shù)字時(shí)序規(guī)格

詳細(xì)規(guī)定了主時(shí)鐘、串口、SPI端口、I2C端口以及多功能引腳和復(fù)位的時(shí)序參數(shù)。例如，主時(shí)鐘在不同模式下有不同的周期要求，串口的各種信號(hào)有相應(yīng)的脈沖寬度和延遲要求。這些時(shí)序參數(shù)是確保處理器正常工作的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)電路和編寫(xiě)程序時(shí)必須嚴(yán)格遵守。

四、初始化和操作

（一）初始化步驟

ADAU1702的初始化需要按照特定的步驟進(jìn)行。首先要給芯片供電，然后等待PLL鎖定，接著加載SigmaDSP程序和參數(shù)，設(shè)置寄存器（包括多功能引腳和數(shù)字接口），最后關(guān)閉轉(zhuǎn)換器的默認(rèn)靜音，清除數(shù)據(jù)寄存器并初始化DAC設(shè)置寄存器。

（二）電源啟動(dòng)序列

芯片有內(nèi)置的電源啟動(dòng)序列，在電源啟動(dòng)或從復(fù)位狀態(tài)恢復(fù)時(shí)，會(huì)初始化所有內(nèi)部RAM的內(nèi)容。不同的MCLKI輸入對(duì)應(yīng)的初始化時(shí)間和總啟動(dòng)時(shí)間不同，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行等待，避免在啟動(dòng)期間對(duì)芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

（三）控制寄存器設(shè)置

為了使芯片正常工作，需要設(shè)置一些控制寄存器。例如，DSP核心控制寄存器（地址2076）的Bits[4:2]（ADM、DAM和CR）應(yīng)設(shè)置為1，DAC設(shè)置寄存器（地址2087）的Bits[0:1]（DS[1:0]）應(yīng)設(shè)置為01。

（四）程序/參數(shù)加載

在向程序或參數(shù)RAM寫(xiě)入大量數(shù)據(jù)時(shí)，為了避免音頻輸出出現(xiàn)雜音，應(yīng)先禁用處理器核心。具體步驟包括設(shè)置核心控制寄存器的相關(guān)位來(lái)靜音ADC和DAC、清零SigmaDSP累加器等，然后使用突發(fā)模式寫(xiě)入程序RAM和參數(shù)RAM，最后撤銷相關(guān)位的設(shè)置。

五、音頻處理模塊

（一）音頻ADC

ADAU1702的兩個(gè)Σ - Δ ADC具有100 dB的信噪比和 - 83 dB的THD + N。由于是電流輸入，需要在輸入處使用電壓 - 電流電阻，通過(guò)調(diào)整電阻值可以設(shè)置輸入信號(hào)的電壓水平。在不同采樣率下，需要根據(jù)公式計(jì)算相應(yīng)的電阻值，以確保ADC的正常工作。

（二）音頻DAC

四個(gè)Σ - Δ DAC的信噪比為104 dB，THD + N為 - 90 dB，滿量程輸出為0.9 V rms。DAC采用反相配置，如果不希望信號(hào)反相，可以通過(guò)輸出濾波器或在SigmaDSP程序中進(jìn)行調(diào)整。DAC輸出可以使用有源或無(wú)源重建濾波器進(jìn)行濾波，不同的濾波器會(huì)對(duì)音頻性能產(chǎn)生不同的影響。

六、控制端口

（一）控制模式

ADAU1702支持I2C控制、SPI控制和自啟動(dòng)（無(wú)外部控制器）三種控制模式。可以通過(guò)設(shè)置SELFBOOT引腳和CLATCH/WP引腳來(lái)選擇不同的控制模式。

（二）I2C端口

I2C端口是一個(gè)2線串行總線，ADAU1702在I2C模式下作為從設(shè)備。通過(guò)ADDR0和ADDR1引腳設(shè)置從設(shè)備地址，支持突發(fā)模式尋址，方便寫(xiě)入大量數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，需要遵循特定的起始、停止條件和應(yīng)答規(guī)則。

（三）SPI端口

默認(rèn)情況下，ADAU1702處于I2C模式，通過(guò)拉低CLATCH/WP引腳三次可以將其切換到SPI控制模式。SPI端口使用4線接口，作為從端口工作。在SPI事務(wù)中，需要注意芯片地址、子地址和數(shù)據(jù)字節(jié)的格式。

（四）自啟動(dòng)

當(dāng)SELFBOOT引腳設(shè)置為高電平時(shí)，ADAU1702可以從外部EEPROM加載程序和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。EEPROM的最大必要大小為6688字節(jié)，數(shù)據(jù)格式包含特定的消息類型。在自啟動(dòng)模式下，還支持寫(xiě)回功能，可將接口寄存器的內(nèi)容寫(xiě)入EEPROM。

七、信號(hào)處理和編程

（一）信號(hào)處理

ADAU1702能夠提供立體聲或多聲道播放系統(tǒng)中常用的所有音頻信號(hào)處理功能。信號(hào)處理流程可以使用SigmaStudio軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件允許圖形化輸入和實(shí)時(shí)控制所有信號(hào)處理功能。許多信號(hào)處理函數(shù)采用56位雙精度算術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，輸入和輸出字長(zhǎng)為24位，處理器使用額外的4位余量來(lái)避免內(nèi)部削波。

（二）編程

芯片在啟動(dòng)時(shí)默認(rèn)程序會(huì)將未處理的輸入信號(hào)傳遞到輸出，但輸出默認(rèn)靜音?？梢允褂肧igmaStudio圖形工具對(duì)其進(jìn)行編程，無(wú)需編寫(xiě)行級(jí)DSP代碼，降低了編程門(mén)檻。

八、RAM和寄存器

（一）RAM

包括參數(shù)RAM和程序RAM，參數(shù)RAM為32位寬，可通過(guò)直接讀寫(xiě)或安全加載寫(xiě)入的方式進(jìn)行操作；程序RAM為40位寬，同樣支持直接讀寫(xiě)。數(shù)據(jù)RAM用于存儲(chǔ)音頻數(shù)據(jù)字，用戶不能直接從控制端口訪問(wèn)。

（二）寄存器

有多種控制寄存器，如接口寄存器、GPIO引腳設(shè)置寄存器、輔助ADC數(shù)據(jù)寄存器、安全加載數(shù)據(jù)寄存器等。每個(gè)寄存器都有特定的功能和位定義，通過(guò)設(shè)置這些寄存器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的各種控制。

九、布局和應(yīng)用建議

（一）布局建議

在布局時(shí)，應(yīng)將ADC輸入電壓 - 電流電阻和ADC電流設(shè)置電阻盡可能靠近輸入引腳，所有100 nF旁路電容器應(yīng)靠近芯片放置，晶體振蕩器電路的走線應(yīng)盡可能短，以減少雜散電容的影響。同時(shí)，建議使用單一接地平面，將模擬信號(hào)路徑的組件與數(shù)字信號(hào)分開(kāi)。

（二）典型應(yīng)用原理圖

文檔中提供了自啟動(dòng)模式、I2C控制和SPI控制的典型應(yīng)用原理圖，這些原理圖為實(shí)際應(yīng)用提供了參考，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

總之，ADAU1702是一款功能強(qiáng)大、性能出色的音頻處理器，在音頻處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，可以充分利用其特性和功能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻處理。你在使用ADAU1702的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。