WM8786 24 - bit, 192kHz 立體聲 ADC 深度解析

在音頻處理領(lǐng)域，一款高性能的 ADC 芯片對于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)音頻錄制至關(guān)重要。今天我們就來深入了解一下 Cirrus Logic 公司的 WM8786 立體聲音頻 ADC，看看它有哪些獨特的特性和應(yīng)用場景。

文件下載：WM8786GEDS/RV.pdf

一、WM8786 概述

WM8786 是一款專為高性能可記錄媒體應(yīng)用設(shè)計的立體聲音頻 ADC，具有差分輸入功能，以 PCM 格式輸出數(shù)據(jù)。它采用立體聲 24 位多位 sigma - delta ADC，數(shù)字音頻輸出字長為 16 至 32 位，采樣率范圍從 8kHz 到 192kHz，還配備了高通濾波器以去除殘余直流偏移。該芯片通過硬件控制，可通過引腳編程訪問所有功能，如過采樣率、音頻格式、掉電、主/從控制和數(shù)字信號處理等，采用 20 引腳 SSOP 封裝。

二、主要特性

1. 出色的音頻性能

• 高信噪比（SNR）：在 48kHz 采樣率下，‘A’加權(quán) SNR 可達 111dB，能有效減少背景噪聲，為音頻錄制提供清晰純凈的信號。
• 低總諧波失真（THD）：在 - 0.1dB 時，THD 低至 - 102dB，保證了音頻信號的高保真度。

  2. 靈活的采樣頻率

  支持 8 - 192kHz 的采樣頻率，可滿足不同音頻應(yīng)用的需求，無論是低采樣率的語音錄制，還是高采樣率的音樂制作都能勝任。

  3. 硬件控制接口

  通過引腳編程實現(xiàn)對芯片各種功能的控制，操作簡單直接，方便工程師進行設(shè)計和調(diào)試。

  4. 主/從時鐘模式

  可配置為主模式或從模式，適應(yīng)不同的系統(tǒng)架構(gòu)和時鐘同步需求。

  5. 可編程音頻數(shù)據(jù)接口模式

  支持 I2S、左對齊、右對齊或 DSP 等多種音頻數(shù)據(jù)格式，增強了與不同音頻設(shè)備的兼容性。

  6. 寬電源電壓范圍

  模擬電源電壓范圍為 4.5 至 5.5V，數(shù)字核心電源電壓為 2.7V 至 3.6V，提供了一定的電源靈活性。

三、引腳配置與說明

1. 引腳配置

WM8786 采用 20 引腳 SSOP 封裝，各引腳分布明確，包括模擬輸入引腳（AINL +、AINL -、AINR +、AINR -）、參考電壓引腳（VREF、VREFGND）、電源引腳（AVDD、DVDD、AGND、DGND）、時鐘引腳（MCLK、BCLK、LRCLK）和數(shù)據(jù)輸出引腳（DOUT）等。

2. 引腳功能說明

• 模擬輸入引腳：用于輸入立體聲音頻信號，差分輸入方式可有效抑制共模干擾。
• 參考電壓引腳：為芯片提供穩(wěn)定的參考電壓，確保模擬信號處理的準(zhǔn)確性。
• 電源引腳：分別為模擬電路和數(shù)字電路提供電源，需注意模擬地和數(shù)字地的分離，以減少干擾。
• 時鐘引腳：MCLK 為系統(tǒng)時鐘，BCLK 為音頻接口位時鐘，LRCLK 為音頻接口左右聲道時鐘，它們共同控制音頻數(shù)據(jù)的傳輸和同步。
• 數(shù)據(jù)輸出引腳：DOUT 輸出經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。

四、電氣特性

1. 測試條件

在 DVDD = 3.3V，AVDD = 5.0V，TA = + 25°C，1kHz 信號，A 加權(quán)，fs = 48kHz，MCLK = 256fs，24 位音頻數(shù)據(jù)，從模式下進行測試。

2. 關(guān)鍵電氣參數(shù)

• ADC 性能：滿量程輸入信號電平為 2.0Vms，輸入電阻為 10kΩ，輸入電容為 10pF。
• 信噪比（SNR）：在不同采樣率下，A 加權(quán) SNR 均可達 111dB，未加權(quán) SNR 為 108dB。
• 總諧波失真（THD）：在 1kHz、 - 0.1dB 滿量程下，THD 低至 - 102dB（或 0.0008%）。
• 動態(tài)范圍（DNR）： - 60dBFS 時，DNR 為 102 - 111dB。
• 電源抑制比（PSRR）：在 100mV（峰 - 峰）、1kHz 時，PSRR 為 50dB；在 100mV（峰 - 峰）、20Hz 至 20kHz 時，PSRR 為 45dB。

五、信號時序要求

1. 系統(tǒng)時鐘時序

MCLK 系統(tǒng)時鐘周期時間為 25ns，占空比為 60:40 至 40:60。

2. 音頻接口時序

• 主模式：LRCLK 從 BCLK 下降沿的傳播延遲為 0 - 10ns，DOUT 從 BCLK 下降沿的傳播延遲為 0 - 11ns。
• 從模式：BCLK 周期時間為 25ns，LRCLK 相對于 BCLK 上升沿的建立時間為 10ns，保持時間為 10ns，DOUT 從 BCLK 下降沿的傳播延遲為 0 - 11ns。

六、數(shù)字濾波器特性

1. 濾波器響應(yīng)

數(shù)字濾波器特性隨采樣率變化，在不同采樣率下（單速率 48kHz、雙速率 96kHz、四速率 192kHz），通帶波紋均為 ± 0.005dB，阻帶衰減在 f > 0.546fs（單、雙速率）或 f > 0.75fs（四速率）時為 - 85dB。

2. 高通濾波器

高通濾波器用于去除輸入信號中的殘余直流偏移，其傳遞函數(shù)為 (H(z)=frac{1 - z^{-1}}{1-(1 - alpha) z^{-1}})，其中 (alpha) 根據(jù)不同采樣率有不同取值。

七、數(shù)字音頻接口

1. 接口引腳

采用 DOUT（ADC 數(shù)據(jù)輸出）、LRCLK（ADC 數(shù)據(jù)對齊時鐘）和 BCLK（位時鐘）三個引腳。

2. 音頻數(shù)據(jù)格式

支持左對齊、右對齊、I2S 和 DSP 四種音頻數(shù)據(jù)格式，不同格式在數(shù)據(jù)傳輸順序和時鐘同步上有所不同。

3. 主/從模式操作

可通過 MS0 引腳配置為主模式或從模式。主模式下，芯片生成 BCLK 和 LRCLK 控制數(shù)據(jù)傳輸；從模式下，芯片響應(yīng)外部時鐘并輸出數(shù)據(jù)。

八、應(yīng)用場景

1. 可記錄 DVD 播放器

為 DVD 錄制提供高質(zhì)量的音頻采集功能，確保錄制的音頻清晰、準(zhǔn)確。

2. 個人視頻錄像機（PVR）

實現(xiàn)視頻錄制過程中的音頻同步采集，提升用戶的觀看體驗。

3. 高端聲卡

為電腦音頻系統(tǒng)提供專業(yè)級的音頻處理能力，滿足音樂制作、游戲等對音頻質(zhì)量要求較高的應(yīng)用。

4. 錄音室音頻處理設(shè)備

在專業(yè)錄音環(huán)境中，保證音頻錄制的高保真度和穩(wěn)定性。

九、設(shè)計建議

1. 外部組件

建議使用合適的電容對 VMID 和 VREF 引腳進行去耦，如 10uF 電解電容（ESR < 1.5Ω）和 0.1μF 陶瓷電容，以確保芯片的性能穩(wěn)定。

2. PCB 布局

注意 VREF、VMID 和 AVDD 接地回流電流的布線，避免相互干擾。參考推薦的 PCB 布局圖進行設(shè)計，可有效減少噪聲和干擾。

十、總結(jié)

WM8786 作為一款高性能的立體聲音頻 ADC，具有出色的音頻性能、靈活的配置選項和廣泛的應(yīng)用場景。在音頻設(shè)計中，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用該芯片，同時注意外部組件的選擇和 PCB 布局，以實現(xiàn)最佳的音頻處理效果。你在使用 WM8786 芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。