低功耗音頻DAC PCM1717:設(shè)計與應(yīng)用解析
在音頻處理領(lǐng)域,數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的性能直接影響著音頻質(zhì)量。PCM1717作為一款完整的低成本立體聲音頻DAC,廣泛應(yīng)用于各種對成本敏感且對性能有要求的消費類應(yīng)用中。本文將詳細介紹PCM1717的特性、規(guī)格、引腳配置、操作模式以及應(yīng)用注意事項,幫助電子工程師更好地理解和使用這款DAC。
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一、PCM1717特性概覽
PCM1717具有眾多出色的特性,使其在音頻DAC市場中占據(jù)一席之地。
數(shù)據(jù)輸入與處理
它能夠接受16位或18位的輸入數(shù)據(jù),支持正常格式和 (I^{2}S) 數(shù)據(jù)格式。內(nèi)部集成了8倍過采樣數(shù)字濾波器、多級Delta - Sigma DAC、模擬低通濾波器和輸出放大器,為音頻信號的處理提供了強大的支持。
高性能指標
THD + N(總諧波失真加噪聲)達到 - 90dB,動態(tài)范圍為96dB,信噪比為100dB,這些指標保證了高質(zhì)量的音頻輸出。
系統(tǒng)時鐘與電源
系統(tǒng)時鐘可選擇256fs或384fs,電源電壓范圍為 + 2.7V至 + 5.5V,具有較寬的適應(yīng)性。
可選功能
提供軟靜音、數(shù)字衰減(256步)、數(shù)字去加重和多種輸出模式(L、R、單聲道、靜音)等可選功能,滿足不同應(yīng)用場景的需求。
封裝形式
采用小巧的SSOP - 20封裝,適合空間有限的設(shè)計。
二、規(guī)格參數(shù)詳解
電氣特性
在 + 25°C, (+V{CC}=+V{DD}=+5V) , (fs = 44.1kHz) ,16位輸入數(shù)據(jù), (SYSCLK = 384fs) 的條件下,PCM1717的各項規(guī)格參數(shù)表現(xiàn)出色。其分辨率為16 - 18位,數(shù)字輸入/輸出邏輯電平、電流等都有明確的規(guī)定。例如,輸入邏輯高電平 (V{IH}) 為 (V{DD}) 的70%,輸入邏輯低電平 (V{IL}) 為 (V{DD}) 的30%。
動態(tài)性能
在不同電源電壓下,THD + N、動態(tài)范圍、信噪比等動態(tài)性能指標有所不同。在 (V{CC}=+5V) , (f = 991Hz) 時,THD + N在滿量程(0dB)為 - 90dB,動態(tài)范圍為96dB,信噪比為100dB;在 (V{CC}=+3V) , (f = 991Hz) 時,THD + N在滿量程(0dB)為 - 86dB,動態(tài)范圍為91dB,信噪比為94dB。
數(shù)字濾波器性能
數(shù)字濾波器的通帶紋波為 ± 0.17dB,阻帶衰減為 - 35dB,通帶為0.445fs,阻帶為0.555fs,去加重誤差在 (fs = 32kHz - 48kHz) 時為 - 0.2dB至 + 0.55dB,延遲時間為 (11.125/fs) 秒。
模擬輸出與電源要求
模擬輸出電壓范圍為 (V{CC}) 的62%(峰 - 峰值),負載阻抗中心電壓為 (V{CC}) 的50%,電源電流 (+I{CC}+I{DD}) 為 + 2.7mA,電源電壓范圍為 + 2.7V至 + 5.5V,不同電源電壓下的功耗也有所不同。
三、引腳配置與功能
引腳分配
PCM1717共有20個引腳,可分為數(shù)據(jù)輸入接口引腳、模式控制和時鐘信號引腳、操作控制和標志引腳、模擬輸出功能引腳以及電源連接引腳。
- 數(shù)據(jù)輸入接口引腳:LRCIN(引腳4)控制采樣率時鐘,DIN(引腳5)為串行數(shù)據(jù)輸入,BCKIN(引腳6)為位時鐘輸入。
- 模式控制和時鐘信號引腳:XTI(引腳1)為振蕩器輸入,可連接內(nèi)部晶體振蕩器或外部時鐘;MODE(引腳14)、MD/DM0(引腳16)、MC/DM1(引腳17)、ML/MUTE(引腳18)用于模式控制;CLKO(引腳19)為振蕩器緩沖輸出,XTO(引腳20)為振蕩器輸出。
- 操作控制和標志引腳:ZERO(引腳7)為無限零檢測標志,RSTB(引腳15)用于復(fù)位DAC操作。
- 模擬輸出功能引腳:D/C_R(引腳8)和D/C_L(引腳13)分別為右、左聲道輸出放大器公共端,V_OUT_R(引腳9)和V_OUT_L(引腳12)分別為右、左聲道模擬輸出。
- 電源連接引腳:DGND(引腳2)為數(shù)字地,V_DD(引腳3)為數(shù)字電源(+ 5V),AGND(引腳10)為模擬地,V_CC(引腳11)為模擬電源(+ 3V)。
絕對最大額定值
電源電壓最大為 + 6.5V, (+V{CC}) 與 (+V{DD}) 差值最大為 ± 0.1V,輸入邏輯電壓范圍為 - 0.3V至 ((V{DD}+0.3V)) ,功率耗散最大為200mW,工作溫度范圍為 - 25°C至 + 85°C,存儲溫度范圍為 - 55°C至 + 125°C,引腳焊接溫度(5s)最大為 + 260°C,熱阻 (θ{JA}) 為 + 70°C/W。
四、操作模式
PCM1717可以通過軟件模式或硬件模式進行控制。
硬件模式
由引腳15、16、17和18上的邏輯電平控制,可控制軟靜音、數(shù)字去加重和禁用功能。
- 軟靜音(引腳18):低電平強制兩個聲道靜音,高電平允許正常操作。
- 數(shù)字去加重(引腳16和17):作為兩位并行寄存器控制去加重模式,不同的電平組合對應(yīng)不同的去加重頻率。
- 復(fù)位模式(引腳15):低電平將數(shù)字濾波器、調(diào)制器和模式控制置于復(fù)位(禁用)模式,輸出強制為 (V_{CC}/2) ;高電平初始化所有DAC功能,允許正常操作。
軟件模式
使用引腳16、17和18上的三線接口,通過16位串行寄存器控制操作。共有四個寄存器,由位9和10確定使用哪個寄存器。
- 寄存器0:控制左聲道衰減,位0 - 7確定衰減水平,位8控制衰減數(shù)據(jù)加載。
- 寄存器1:控制右聲道衰減,位0 - 7控制衰減水平。
- 寄存器2:控制軟靜音、數(shù)字去加重、禁用和無限零檢測。位0用于軟靜音,位1和2控制數(shù)字去加重,位3和4控制無限零檢測功能。
- 寄存器3:選擇I/O數(shù)據(jù)格式,位0控制輸入數(shù)據(jù)格式,位1選擇LRCIN極性,位2選擇輸入字長,位3作為衰減控制,位4 - 7確定輸出格式。
五、應(yīng)用注意事項
系統(tǒng)時鐘
系統(tǒng)時鐘必須為256fs或384fs,可使用晶體振蕩器或外部時鐘輸入。系統(tǒng)時鐘檢測電路會自動檢測時鐘頻率,應(yīng)與LRCIN時鐘同步,若不同步,PCM1717可內(nèi)部補償相位差。
數(shù)據(jù)接口格式
支持正常和 (I^{2}S) 數(shù)據(jù)格式,正常格式為MSB優(yōu)先、二進制補碼、右對齊, (I^{2}S) 數(shù)據(jù)與飛利浦串行數(shù)據(jù)協(xié)議兼容。
復(fù)位
具有內(nèi)部上電復(fù)位電路和RSTB引腳(引腳15),內(nèi)部上電復(fù)位在 (V{DD}>2.2V) (典型值)時自動初始化,RSTB引腳接受外部強制復(fù)位,復(fù)位期間DAC輸出無效,模擬輸出強制為 (V{CC}/2) 。
電源連接
PCM1717有數(shù)字和模擬兩個電源連接,為避免閂鎖條件,建議數(shù)字和模擬電源有公共連接;若使用單獨電源,上電期間兩者差值必須小于0.6V。
延遲時間
Delta - Sigma轉(zhuǎn)換器存在有限的延遲時間,PCM1717的延遲時間由FIR濾波器階數(shù)和采樣率決定,計算公式為 (T{D}=11.125×1/f{S}) 。對于一些專業(yè)應(yīng)用,如演播室廣播音頻,總延遲時間應(yīng)小于2ms。
輸出濾波
為測試目的,所有動態(tài)測試使用20kHz低通濾波器,該濾波器限制了THD + N等指標的測量帶寬。
PCM1717以其豐富的特性、出色的性能和靈活的操作模式,為電子工程師在音頻設(shè)計中提供了一個可靠的選擇。在實際應(yīng)用中,工程師需要根據(jù)具體需求合理配置PCM1717的各項參數(shù),注意電源連接、時鐘同步等問題,以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用PCM1717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。
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