探索PCM1730：24位音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應用

在音頻處理領域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能直接影響著音頻的質(zhì)量。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的PCM1730，一款24位、192kHz采樣的高級分段音頻立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

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一、PCM1730的特性亮點

高分辨率與出色模擬性能

PCM1730具備24位分辨率，在模擬性能方面表現(xiàn)卓越。當 (V_{CC}=5V) 時，其動態(tài)范圍典型值可達117dB，信噪比（SNR）同樣為117dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）低至0.0004%。滿量程輸出（后置放大器處）為2.2 - Vrms，差分電流輸出為 +2.48mA。這些數(shù)據(jù)表明，PCM1730能夠提供非常純凈、高質(zhì)量的音頻信號。

先進的數(shù)字濾波器

采用8倍過采樣數(shù)字濾波器，具有 -82dB 的阻帶衰減和 ±0.002dB 的通帶波紋。這意味著它能夠有效地過濾掉不需要的高頻噪聲，同時保證音頻信號在通帶內(nèi)的穩(wěn)定性和準確性。

靈活的采樣與時鐘設置

支持10kHz到200kHz的采樣頻率，系統(tǒng)時鐘可選擇128、192、256、384、512或768 fs，并且具備自動檢測功能。這種靈活性使得PCM1730能夠適應不同的音頻系統(tǒng)需求。

豐富的數(shù)據(jù)格式與功能

它可以接受16、20和24位的音頻數(shù)據(jù)，支持標準、I2S和左對齊等數(shù)據(jù)格式。此外，還具備數(shù)字去加重、軟靜音功能，以及每個輸出的零標志。

雙電源供電與小封裝設計

采用雙電源供電，模擬部分為5V，數(shù)字部分為3.3V，同時數(shù)字輸入具有5V容限。其采用28引腳的SSOP小封裝，適合在空間有限的應用中使用。

二、PCM1730的應用領域

PCM1730的高性能使其在多個音頻應用領域得到廣泛應用，包括A/V接收器、DVD電影播放器、SACD播放器、HDTV接收器、汽車音頻系統(tǒng)以及數(shù)字多軌錄音機等。只要是對24位音頻有需求的應用場景，PCM1730都能發(fā)揮其優(yōu)勢。

三、功能詳細解析

系統(tǒng)時鐘與復位功能

PCM1730需要一個系統(tǒng)時鐘來驅(qū)動數(shù)字插值濾波器和高級分段DAC調(diào)制器。系統(tǒng)時鐘通過SCKI輸入（引腳7），并且具備系統(tǒng)時鐘檢測電路，能夠自動識別128 fS到768 fS的時鐘頻率。在電源開啟時，有上電復位功能，同時也支持外部復位（RST引腳）。上電復位需要在 (V_{DD}>2V) 且系統(tǒng)時鐘激活后，經(jīng)過1024個系統(tǒng)時鐘完成初始化；外部復位則需要將RST引腳置為邏輯0至少20ns，然后置為邏輯1開始1024個系統(tǒng)時鐘的初始化序列。

音頻數(shù)據(jù)接口

音頻串行接口

由LRCK（引腳4）、BCK（引腳6）和DATA（引腳5）組成的3線同步串行端口。BCK作為串行音頻位時鐘，在其上升沿將串行數(shù)據(jù)時鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器；LRCK作為左右聲道字時鐘，用于將串行數(shù)據(jù)鎖存到內(nèi)部寄存器。理想情況下，LRCK和BCK應從系統(tǒng)時鐘輸入或輸出派生而來，且LRCK的頻率為采樣頻率fS。

音頻數(shù)據(jù)格式與定時

支持標準右對齊、I2S和左對齊等行業(yè)標準音頻數(shù)據(jù)格式，通過FMT2、FMT1和FMT0引腳進行選擇。所有格式都要求二進制補碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

零檢測與軟靜音

當檢測到左聲道或右聲道的音頻輸入數(shù)據(jù)連續(xù)1024 fS為零時，ZEROL或ZEROR引腳會置為高電平。軟靜音功能通過MUTE引腳控制，當MUTE置為HIGH時，模擬輸出以 -0.5dB的步長逐步變?yōu)殡p極零電平，實現(xiàn)無噗聲靜音。

去加重功能

支持32kHz、44.1kHz和48kHz采樣頻率的去加重濾波器性能，通過DEMP1和DEMP0引腳選擇采樣頻率。

四、模擬輸出與電路設計

模擬輸出電平與I/V轉(zhuǎn)換器

DAC電流輸出引腳（IOUTL+、IOUTL–、IOUTR+、IOUTR–）在0dB（滿量程）時的信號電平為 ±2.48 mAp - p。I/V轉(zhuǎn)換器的電壓輸出由 (V{OUT }= pm 2.48 mAp - p × R{f}) 計算得出，其中 (R{f}) 為I/V轉(zhuǎn)換電路中的反饋電阻。I/V轉(zhuǎn)換電路的公共電平必須與DAC IOUT的公共電平相同，通常由 (V{COM2}) 參考電壓提供，典型值為2.48V dc。

運放選擇

推薦使用OPA627BP/BM或NE5534類型的運放進行I/V轉(zhuǎn)換，以獲得指定的音頻性能。運放的動態(tài)性能（如增益帶寬、建立時間和壓擺率）會影響I/V部分的音頻動態(tài)性能，同時要考慮運放的輸入噪聲規(guī)格以實現(xiàn)120dB的信噪比。

平衡放大器的模擬增益

I/V轉(zhuǎn)換器后面跟著平衡放大器級，用于對每個聲道的差分信號進行求和，產(chǎn)生單端電壓輸出。平衡放大器還提供二階低通濾波器功能，限制音頻輸出信號的帶寬。截止頻率為45kHz，增益為1，每個聲道的輸出電壓為6.2Vp - p（2.2Vrms）。

參考電流電阻

在模擬輸出應用電路中，從IREF（引腳21）到模擬地連接一個16kΩ ±1%的電阻，用于設置內(nèi)部參考電路的電流，以匹配規(guī)格表中指定的增益誤差。

五、應用電路考慮

PCB布局指南

建議使用接地平面，并通過分割或切割電路板來隔離模擬和數(shù)字部分。PCM1730的數(shù)字I/O引腳應朝向接地平面的分割處，以便與數(shù)字音頻接口和控制信號進行短而直接的連接。同時，數(shù)字和模擬部分應使用獨立的電源，以防止數(shù)字電源的開關噪聲影響模擬電源和D/A轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能。在使用公共5V電源時，應在模擬和數(shù)字5V電源連接之間放置電感（RF扼流圈、鐵氧體磁珠）。

旁路和去耦電容要求

使用各種尺寸的去耦電容，無需特殊公差。所有電容應盡可能靠近PCM1730的相應引腳，以減少周圍電路的噪聲拾取。對于較大值的電容，推薦使用專為高保真音頻應用設計的鋁電解電容；對于較小值的電容，可使用金屬膜或單片陶瓷電容。

I/V部分設計

I/V轉(zhuǎn)換電路的運放IC和反饋電阻應實現(xiàn)PCM1730的出色性能。為了獲得0.0004% THD+N和117dB信噪比的音頻性能，應考慮運放IC的THD+N和輸入噪聲性能，并且PCM1730的IOUT–引腳和I/V放大器的反相輸入應短距離連接。

后置低通濾波器設計

由于高性能數(shù)字濾波器和高級分段DAC架構的結(jié)合，PCM1730的帶外噪聲水平和衰減采樣頻譜水平遠低于典型的delta - sigma型DAC。建議使用二階或三階后置低通濾波器，其截止頻率取決于應用的采樣率，如CDDA的 (f{S}=44.1) kHz、DVD - M的 (f{S}=96) kHz、DVD - A的 (f_{S}=192) kHz等。

六、總結(jié)

PCM1730以其高分辨率、出色的模擬性能、靈活的功能和小封裝設計，成為音頻處理領域的一款優(yōu)秀數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在實際應用中，通過合理的電路設計和布局，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為用戶帶來高質(zhì)量的音頻體驗。各位電子工程師在設計音頻系統(tǒng)時，不妨考慮PCM1730，相信它會給你的項目帶來意想不到的效果。你在使用類似的數(shù)模轉(zhuǎn)換器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。