WM8953：低功耗立體聲ADC的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，音頻處理的重要性日益凸顯。對于移動手機和其他便攜式設(shè)備而言，一款高性能、低功耗的音頻ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)音頻錄制的關(guān)鍵。Wolfson Microelectronics的WM8953就是這樣一款令人矚目的產(chǎn)品，下面我們就來深入了解一下它。

文件下載：WM8953ECS/RV.pdf

一、產(chǎn)品概述

WM8953是一款專為移動手機和其他便攜式設(shè)備設(shè)計的低功耗、高性能立體聲ADC。它具有豐富的特性和靈活的接口，能夠滿足各種音頻應(yīng)用的需求。

1. 高性能音頻處理

• 高分辨率與音質(zhì)：采用24位立體聲sigma - delta ADC，可提供Hi - Fi級別的音頻錄制質(zhì)量，無論是麥克風(fēng)輸入還是線路輸入，都能精準捕捉聲音細節(jié)。
• 高信噪比與低失真：信噪比（SNR）可達94dB（‘A’加權(quán)），總諧波失真（THD）在48kHz、3.3V條件下低至 - 82dB，確保了純凈的音頻輸出。

2. 靈活的輸入接口

提供四個單端或差分輸入連接，每個輸入路徑具有高達60dB的模擬增益，可適應(yīng)不同類型的音頻源，如麥克風(fēng)和線路輸入。

3. 強大的濾波功能

ADC路徑中配備可編程高通濾波器，可有效去除DC偏移，抑制風(fēng)噪和其他低頻噪聲，提升音頻質(zhì)量。

4. 低噪聲麥克風(fēng)偏置

集成低噪聲麥克風(fēng)偏置，具有可編程電流檢測和短路檢測功能，為麥克風(fēng)提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。

5. 靈活的數(shù)字音頻接口

支持大多數(shù)常用的時鐘方案，音頻接口支持TDM（時分復(fù)用），三態(tài)輸出允許多個設(shè)備共享同一接口，節(jié)省了系統(tǒng)資源。

6. 集成低功耗PLL

集成低功耗PLL，支持大多數(shù)常用的音頻采樣率，為系統(tǒng)提供靈活的時鐘方案。

7. 小巧封裝

采用非常小且薄的42球WCSP封裝，非常適合便攜式系統(tǒng)的設(shè)計需求。

二、關(guān)鍵特性詳解

1. 電氣特性

• 輸入信號范圍：模擬輸入引腳的最大信號電平與AVDD成比例變化，單端或差分輸入的最大滿量程信號在不同條件下有明確規(guī)定，使用時需注意總信號不超過1Vrms（0dBV）。
• 輸入阻抗：不同增益設(shè)置下，輸入PGA（可編程增益放大器）的輸入電阻會發(fā)生變化，如LIN1、LIN3、RIN1或RIN3在不同增益下電阻不同，而LIN2、LIN4、RIN2或RIN4的輸入電阻相對穩(wěn)定。
• PGA特性：輸入PGA的可編程增益范圍為 - 16.5dB至 + 30dB，增益步長為1.5dB，具有靜音衰減功能，在差分模式下有一定的共模抑制比。
• ADC性能：ADC輸入路徑的SNR、THD、THD + N等指標表現(xiàn)出色，不同輸入方式和電源電壓下性能有所差異，如線路輸入到ADC via INMIXL和INMIXR時，在AVDD = 3.3V和2.7V時的性能不同。

2. 時鐘與采樣率

• 時鐘源：內(nèi)部時鐘SYSCLK可直接從MCLK引腳獲取，也可通過集成PLL生成，為ADC、DSP核心和數(shù)字音頻接口提供時鐘。
• 采樣率選擇：支持多種采樣率，如8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz等，可通過設(shè)置ADC_CLKDIV和AIF_LRCLKRATE來選擇合適的采樣率。
• PLL配置：PLL可根據(jù)不同的MCLK參考頻率生成SYSCLK，通過設(shè)置PLLN和PLLK來確定PLL頻率比，同時可選擇整數(shù)模式或分數(shù)模式，以滿足不同的性能和功耗需求。

3. 數(shù)字音頻接口

• 數(shù)據(jù)格式：支持左對齊、右對齊、I2S和DSP模式四種音頻數(shù)據(jù)格式，且均為MSB（最高有效位）優(yōu)先。
• 主從模式：可作為主設(shè)備或從設(shè)備工作，通過AIF_MSTR寄存器位進行選擇，在不同模式下，時鐘信號BCLK和ADCLRC的輸入輸出方式不同。
• TDM模式：支持TDM模式，允許多個設(shè)備在同一總線上同時傳輸數(shù)據(jù)，通過AIFADC_TDM和AIFADC_TDM_CHAN寄存器位進行配置。

4. 控制接口

• 控制模式：支持2線、3線或4線控制接口，通過MODE引腳選擇控制模式。
• 讀寫操作：可進行單寫、單讀、多寫和多讀操作，不同控制模式下的操作方式和時序有所不同。

5. 電源管理

• 電源域：具有獨立的數(shù)字電源（DCVDD、DBVDD）和模擬電源（AVDD），使用時需注意電源電壓范圍和相互關(guān)系，如DCVDD必須小于或等于AVDD和DBVDD。
• 功能控制：通過控制寄存器可選擇哪些功能處于活動狀態(tài)，為了實現(xiàn)最低功耗，應(yīng)禁用未使用的功能，同時要注意按正確順序啟用或禁用功能，以減少噪聲。

6. GPIO功能

• 多功能引腳：提供五個多功能引腳（GPIO3、GPIO4、GPIO5、LIN3/GPI7和RIN3/GPI8），支持按鈕檢測、MICBIAS/附件電流或短路檢測、時鐘輸出、溫度傳感器輸出、PLL鎖定輸出、邏輯‘1’和邏輯‘0’輸出、中斷事件輸出和串行數(shù)據(jù)輸出等功能。
• 配置與控制：通過一系列寄存器設(shè)置來配置GPIO引腳的功能，包括上拉/下拉電阻、去抖、中斷使能等，同時要注意各功能的優(yōu)先級順序。

三、應(yīng)用建議

1. 外部組件選擇

• 電源去耦：DCVDD、DBVDD和AVDD的電源去耦電容應(yīng)盡可能靠近WM8953放置，選擇低ESR的電容以獲得最佳性能。
• MICBIAS電阻：每個MIC輸入的2k2 MICBIAS電阻是典型值，實際應(yīng)用中應(yīng)參考單個麥克風(fēng)的規(guī)格來確定最終值。
• 接地設(shè)計：建議使用單一的公共接地參考，若無法實現(xiàn)，需優(yōu)化分割接地配置以提高音頻性能。

2. 時鐘配置

在啟用播放之前，必須設(shè)置好所有時鐘配置，以避免出現(xiàn)毛刺。同時，注意不同時鐘源和采樣率之間的匹配關(guān)系，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3. 功能啟用順序

在啟用或禁用功能時，要按照正確的順序進行操作，以減少“噗噗”聲或咔噠聲等噪聲。例如，在啟用ADC時，若需要同時啟用兩個ADC，應(yīng)同時進行操作；若需要獨立啟用并同時使用，需設(shè)置ADCL_ADCR_LINK位。

四、總結(jié)

WM8953憑借其高性能、低功耗、靈活的接口和豐富的功能，成為移動手機和其他便攜式設(shè)備音頻處理的理想選擇。電子工程師在設(shè)計音頻系統(tǒng)時，可以充分利用WM8953的特性，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的音頻錄制和處理。同時，在實際應(yīng)用中要注意外部組件的選擇、時鐘配置和功能啟用順序等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在使用WM8953的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。