深入剖析WM8524：24位192kHz立體聲DAC的卓越性能與應(yīng)用

在當(dāng)今數(shù)字化音頻的時(shí)代，高品質(zhì)的音頻處理芯片對(duì)于各類音頻設(shè)備的性能起著至關(guān)重要的作用。Wolfson Microelectronics的WM8524就是這樣一款值得深入研究的24位192kHz立體聲DAC。本文將帶大家詳細(xì)了解這款芯片的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、WM8524概述

WM8524是一款集成了電荷泵和硬件控制接口的立體聲DAC。它僅需單一的3.3V電源軌，就能提供2Vrms的線路驅(qū)動(dòng)輸出。其獨(dú)特的接地參考輸出設(shè)計(jì)，配合DC伺服技術(shù)，不僅省去了線路驅(qū)動(dòng)耦合電容，還能有效消除上電時(shí)的爆音和咔嗒聲。該芯片通過硬件控制接口進(jìn)行控制和配置，支持8kHz至192kHz的所有常見音頻采樣率，音頻接口工作在從模式，且具有3.3V耐壓的數(shù)字接口，允許連接最高3.3V的邏輯電路。它采用16引腳的TSSOP封裝，適用于多種消費(fèi)類數(shù)字音頻應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性

高性能立體聲DAC

WM8524具備出色的音頻性能，“A加權(quán)”信噪比可達(dá)106dB，-1dBFS時(shí)總諧波失真低至 -89dB，靜音衰減高達(dá)120dB。它支持8kHz至192kHz的所有常見采樣率，采用硬件控制模式，數(shù)據(jù)格式包括LJ、RJ、I2S，線路輸出的最大直流偏移僅為1mV，具備抑制爆音/咔嗒聲的上電/下電時(shí)序控制器。此外，它的AVDD和LINEVDD為 +3.3V ±10%，允許單電源供電，工作溫度范圍為 -40°C至85°C。

音頻性能參數(shù)

在音頻性能方面，當(dāng)RL = 10kΩ時(shí)，“A加權(quán)”信噪比為106dB，未加權(quán)信噪比為104dB，動(dòng)態(tài)范圍為104dB。-1dBFS時(shí)總諧波失真為 -89dB，0dBFS時(shí)為 -86dB。電源抑制比在100Hz、1kHz和20kHz時(shí)分別為54dB、54dB和50dB，聲道分離度在1kHz時(shí)為100dB，20Hz至20kHz為95dB，系統(tǒng)絕對(duì)相位為0度，聲道電平匹配為0.1dB，靜音衰減為 -120dB，LINEVOUTL和LINEVOUTR的直流偏移在 -1mV至1mV之間。

三、引腳配置與功能

引腳配置

WM8524的引腳配置涵蓋了模擬輸出、數(shù)字輸入、電源和控制等多種功能。例如，LINEVOUTL和LINEVOUTR為左右線路輸出，DACDAT為數(shù)字音頻接口數(shù)據(jù)輸入，LRCLK為左右數(shù)據(jù)對(duì)齊時(shí)鐘，BCLK為位時(shí)鐘，MCLK為主時(shí)鐘，MUTE為靜音控制，AIFMODE用于選擇音頻接口模式等。

引腳功能

不同引腳具有不同的功能和電平要求。如MUTE引腳，0表示靜音啟用，1表示靜音禁用；AIFMODE引腳，0代表24位左對(duì)齊，1代表24位I2S，Z代表24位右對(duì)齊。對(duì)于需要選擇‘Z’狀態(tài)的三態(tài)引腳，應(yīng)保持浮空（開路）。

四、電氣特性與工作條件

絕對(duì)最大額定值

使用WM8524時(shí)，需注意其絕對(duì)最大額定值。AVDD和LINEVDD的電壓范圍為 -0.3V至 +4.5V，數(shù)字輸入電壓范圍為L(zhǎng)INEGND - 0.3V至LINEVDD + 0.3V，模擬輸入電壓范圍為AGND - 0.3V至AVDD + 0.3V，溫度范圍TA為 -40°C至 +125°C，焊接后的存儲(chǔ)溫度為 -65°C至 +150°C。同時(shí)，模擬地之間的電壓差必須始終在0.3V以內(nèi)，LINEVDD和AVDD之間的電壓差也需保持在0.3V以內(nèi)。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，模擬電源范圍AVDD和LINEVDD為2.97V至3.63V，典型值為3.3V，接地AGND和LINEGND為0V。

五、數(shù)字音頻接口與數(shù)據(jù)格式

接口概述

WM8524的數(shù)字音頻接口用于輸入音頻數(shù)據(jù)，它使用DACDAT（DAC數(shù)據(jù)輸入）、LRCLK（左右數(shù)據(jù)對(duì)齊時(shí)鐘）和BCLK（位時(shí)鐘）三個(gè)引腳，工作在從模式。

數(shù)據(jù)格式

該芯片支持三種音頻數(shù)據(jù)格式：左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S。在右對(duì)齊模式下，LSB在LRCLK轉(zhuǎn)換前BCLK的最后一個(gè)上升沿可用；左對(duì)齊模式下，MSB在LRCLK轉(zhuǎn)換后BCLK的第一個(gè)上升沿可用；I2S模式下，MSB在LRCLK轉(zhuǎn)換后BCLK的第二個(gè)上升沿可用。

六、電源管理與控制

電源域

WM8524的電源域包括DAC電源（AVDD和LINEVDD）、內(nèi)部生成的電源和參考（VMID和CPVOUTN）等。AVDD和LINEVDD為3.3V ±10%的模擬電源，VMID為1.65V ±10%，CPVOUTN為 -3.3V ±10%。

上電與下電控制

通過監(jiān)測(cè)MCLK、BCLK和MUTE引腳來(lái)控制設(shè)備的上電和下電。例如，從關(guān)閉狀態(tài)到啟用狀態(tài)，需啟動(dòng)MCLK和BCLK并將MUTE設(shè)置為1；從關(guān)閉狀態(tài)到待機(jī)狀態(tài)，啟動(dòng)MCLK和BCLK并將MUTE設(shè)置為0等。在進(jìn)行采樣率更改時(shí)，若采樣率在1026個(gè)LRCLK周期內(nèi)變化超過一次，建議將設(shè)備置于待機(jī)狀態(tài)。

七、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

推薦外部組件

設(shè)計(jì)時(shí)，推薦使用單一的公共接地平面，若無(wú)法實(shí)現(xiàn)，需優(yōu)化分割接地配置以提升音頻性能。電荷泵反激電容C5應(yīng)盡量靠近WM8524放置，其次是電荷泵去耦電容C1，然后是LINEVDD和VMID去耦電容。同時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇電容類型，推薦使用低ESR的電容以獲得最佳性能。

推薦模擬低通濾波器

當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)寬帶放大器時(shí)，建議使用外部單極RC濾波器。圖16所示的濾波器 -3dB截止頻率為105.26kHz，20kHz時(shí)的下垂為0.15dB。

推薦PCB布局

在PCB布局方面，C5應(yīng)盡可能靠近WM8524，減少走線長(zhǎng)度以降低電感，避免在連接C5的走線中使用過孔。C1也應(yīng)靠近芯片放置，同樣要減少走線長(zhǎng)度和避免過孔。C2和C4次之，C3最后考慮。

八、總結(jié)

WM8524以其卓越的音頻性能、豐富的功能和靈活的配置，成為消費(fèi)類數(shù)字音頻應(yīng)用的理想選擇。無(wú)論是游戲機(jī)、機(jī)頂盒、A/V接收器，還是DVD播放器和數(shù)字電視等設(shè)備，WM8524都能提供高品質(zhì)的音頻處理解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格遵循其電氣特性、引腳配置和布局建議，將有助于充分發(fā)揮該芯片的性能優(yōu)勢(shì)。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨深入研究這款芯片，挖掘其更多的潛力。你在使用類似音頻芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。