探索PCM1717：低成本立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在音頻處理領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）扮演著至關(guān)重要的角色，它將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，直接影響著音頻的質(zhì)量和性能。今天，我們就來深入了解一款備受關(guān)注的低成本立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器——PCM1717。

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一、PCM1717概述

PCM1717是一款功能完備的低成本立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用了先進(jìn)的0.6μ CMOS工藝制造。它集成了數(shù)字插值濾波器、三階delta - sigma DAC以及模擬輸出放大器，能夠接受16位或18位的正常輸入數(shù)據(jù)格式，也支持16位或18位的 (I^{2}S) 數(shù)據(jù)格式。

（一）主要特性

1. 高性能指標(biāo)：總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 - 90dB，動態(tài)范圍高達(dá)96dB，信噪比（SNR）達(dá)到100dB，能為用戶帶來出色的音頻體驗(yàn)。
2. 系統(tǒng)時鐘靈活：支持256fs或384fs的系統(tǒng)時鐘，其中fs為音頻采樣頻率，常見的采樣頻率如32kHz、44.1kHz或48kHz都能適配。
3. 寬電源范圍：電源電壓范圍為 + 2.7V至 + 5.5V，具有良好的電源適應(yīng)性，能滿足不同應(yīng)用場景的需求。
4. 可選擇功能豐富：具備軟靜音、數(shù)字衰減（256步）、數(shù)字去加重等功能，輸出模式可選擇左聲道（L）、右聲道（R）、單聲道（Mono）或靜音（Mute）。
5. 小封裝設(shè)計：采用SSOP - 20封裝，體積小巧，有利于節(jié)省電路板空間，適用于對空間要求較高的設(shè)備。

（二）應(yīng)用場景

由于其低成本、小尺寸和單 + 5V電源供電的特點(diǎn)，PCM1717非常適合各種對成本敏感且需要良好性能的消費(fèi)類應(yīng)用，如汽車CD播放器、書架式CD播放器、BS調(diào)諧器、鍵盤、MPEG音頻、MIDI應(yīng)用、機(jī)頂盒、CD - ROM驅(qū)動器、CD - Interactive和CD - Karaoke系統(tǒng)等。

二、技術(shù)規(guī)格剖析

（一）數(shù)字輸入輸出

邏輯電平方面，輸入邏輯高電平 (V{IH}) 為 (V{DD}) 的一定比例（如70%、64%等），輸入邏輯低電平 (V{IL}) 為 (V{DD}) 的一定比例（如30%、28%等）。輸入邏輯電流也有相應(yīng)規(guī)定，不同引腳的電流值有所不同。輸出邏輯電平在 (+V{DD}= + 5V) 時， (V{OH}) 在特定輸出電流下為3.8V， (V_{OL}) 在特定輸出電流下為1.0V。數(shù)據(jù)格式支持16/18位MSB（最高有效位）優(yōu)先的二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，采樣頻率支持32kHz、44.1kHz和48kHz，系統(tǒng)時鐘頻率則根據(jù)采樣頻率有對應(yīng)的取值。

（二）直流精度

增益誤差和通道間增益失配在一定范圍內(nèi)，分別為 ± 1.0%至 ± 5.0%的滿量程范圍（FSR）。雙極性零誤差在特定條件下為 ± 30mV。

（三）動態(tài)性能

在不同電源電壓（如 (V{CC}= + 5V) 和 (V{CC}= + 3V) ）和輸入頻率（如991Hz）下，THD + N、動態(tài)范圍、信噪比和通道分離度等指標(biāo)都有良好的表現(xiàn)。例如，在 (V_{CC}= + 5V) 、 (f = 991Hz) 時，F(xiàn)S（0dB）處的THD + N為 - 90dB，動態(tài)范圍為96dB，信噪比為100dB。

（四）數(shù)字濾波器性能

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) 至48kHz范圍內(nèi)為 - 0.2dB至 + 0.55dB，延遲時間為 (11.125/fs) 秒。

（五）模擬輸出

輸出電壓范圍在FS（0dB）時為 (V{CC}) 的62% （峰 - 峰值），負(fù)載阻抗中心電壓為 (V{CC}) 的50%，負(fù)載阻抗為5kΩ。

（六）電源要求

電源電壓范圍為 + 2.7V至 + 5.5V，不同電源電壓下的電源電流和功耗也有相應(yīng)的規(guī)定。例如，在 (+V{CC}= +V{DD}= + 5V) 時，電源電流為 + 2.7mA，功耗為90mW；在 (+V{CC}= +V{DD}= + 3V) 時，功耗為27mW。

（七）溫度范圍

工作溫度范圍為 - 25°C至 + 85°C，存儲溫度范圍為 - 55°C至 + 100°C。

三、引腳配置與功能

PCM1717共有20個引腳，不同引腳承擔(dān)著不同的功能，下面為大家詳細(xì)介紹：

（一）數(shù)據(jù)輸入接口引腳

• LRCIN（引腳4）：采樣率時鐘輸入，用于控制更新率（fs）。
• DIN（引腳5）：串行數(shù)據(jù)輸入，采用MSB優(yōu)先、右對齊（索尼格式）或 (I^{2}S) （飛利浦）格式，包含16位或18位數(shù)據(jù)幀。
• BCKIN（引腳6）：位時鐘輸入，用于同步DIN輸入的數(shù)據(jù)。

（二）模式控制和時鐘信號引腳

• XTI（引腳1）：振蕩器輸入（外部時鐘輸入），若使用內(nèi)部時鐘，將XTI連接到晶體振蕩器的一側(cè)；若使用外部時鐘，將XTI連接到所選外部時鐘的輸出。
• MODE（引腳14）：操作模式選擇，高電平為軟件模式，低電平為硬件模式。
• MD/DM0（引腳16）、MC/DM1（引腳17）、ML/MUTE（引腳18）：不同模式下用于控制數(shù)據(jù)輸入、去加重、選通時鐘或靜音等功能。
• CLKO（引腳19）：振蕩器的緩沖輸出，與XTI等效。
• XTO（引腳20）：振蕩器輸出，使用內(nèi)部時鐘時，連接到晶體振蕩器與引腳1相對的一側(cè)；使用外部時鐘時，此引腳懸空。

（三）操作控制和標(biāo)志引腳

• ZERO（引腳7）：無限零檢測標(biāo)志，開漏輸出，當(dāng)零檢測功能使輸出靜音時，ZERO為低電平；當(dāng)有非零輸入數(shù)據(jù)時，ZERO處于高阻態(tài)；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)連續(xù)65536個BCKIN周期為零時，ZERO將變?yōu)榈碗娖健?/li>
• RSTB（引腳15）：復(fù)位引腳，低電平脈沖可重置DAC操作。

（四）模擬輸出功能引腳

• D/C_R（引腳8）：右聲道輸出放大器公共端，需通過10μF電容接地進(jìn)行旁路。
• V_OUT_R（引腳9）：右聲道模擬輸出，最大輸出電壓為 (0.62 × V_{CC}) 。
• V_OUT_L（引腳12）：左聲道模擬輸出，最大輸出電壓為 (0.62 × V_{CC}) 。
• D/C_L（引腳13）：左聲道輸出放大器公共端，需通過10μF電容接地進(jìn)行旁路。

（五）電源連接引腳

• DGND（引腳2）：數(shù)字接地。
• V_DD（引腳3）：數(shù)字電源（ + 5V）。
• AGND（引腳10）：模擬接地。
• V_CC（引腳11）：模擬電源（ + 3V）。

四、系統(tǒng)時鐘與數(shù)據(jù)接口

（一）系統(tǒng)時鐘

PCM1717的系統(tǒng)時鐘必須為256fs或384fs，可采用晶體振蕩器（連接在XTI和XTO之間）或外部時鐘輸入到XTI。系統(tǒng)時鐘檢測電路能自動識別時鐘頻率，且系統(tǒng)時鐘應(yīng)與LRCIN時鐘同步，若不同步，PCM1717可在內(nèi)部補(bǔ)償相位差，但相位差過大時，同步過程中模擬輸出將被強(qiáng)制為雙極性零電平的直流電平。

（二）數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口通過LRCIN、DIN和BCKIN引腳實(shí)現(xiàn)，支持正常和 (I^{2}S) 兩種數(shù)據(jù)格式。正常數(shù)據(jù)格式為MSB優(yōu)先、二進(jìn)制補(bǔ)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，在軟件控制模式下可選擇16位或18位數(shù)據(jù)，而在硬件模式下只能處理16位正常數(shù)據(jù)。

五、復(fù)位功能

PCM1717具備內(nèi)部上電復(fù)位電路和RSTB引腳復(fù)位功能。內(nèi)部上電復(fù)位在 (V{DD}>2.2V) （典型值）時自動初始化，復(fù)位期間DAC輸出無效，模擬輸出被強(qiáng)制為 (V{CC} / 2) 。RSTB引腳接受外部強(qiáng)制復(fù)位，低電平時DAC輸出無效，在內(nèi)部初始化（RSTB變?yōu)楦唠娖胶蠼?jīng)過1024個系統(tǒng)時鐘周期）后，模擬輸出被強(qiáng)制為 (V_{CC} / 2) 。

六、操作控制模式

（一）硬件模式

通過引腳15、16、17和18的邏輯電平控制，可實(shí)現(xiàn)軟靜音、數(shù)字去加重和復(fù)位功能。軟靜音引腳（引腳18）低電平時，兩聲道靜音；高電平時，正常工作。數(shù)字去加重通過引腳16和17的兩位并行寄存器控制不同的去加重模式。復(fù)位引腳（引腳15）低電平時，數(shù)字濾波器、調(diào)制器和模式控制進(jìn)入復(fù)位（禁用）模式，輸出被強(qiáng)制為 (V_{CC} / 2) ；高電平時，所有DAC功能初始化，正常工作。

（二）軟件模式

采用三線接口（引腳16、17和18），通過四個不同的寄存器控制各種功能。

• 寄存器0：控制左聲道衰減，通過設(shè)置特定的位來確定衰減電平。
• 寄存器1：控制右聲道衰減。
• 寄存器2：控制軟靜音、數(shù)字去加重、禁用和無限零檢測功能，不同的位組合對應(yīng)不同的功能狀態(tài)。
• 寄存器3：選擇I/O數(shù)據(jù)格式，包括輸入數(shù)據(jù)格式、LRCIN極性、輸入字長、衰減控制和輸出格式等。

七、電源連接與工作原理

（一）電源連接

PCM1717有數(shù)字（ (V{DD}) ）和模擬（ (V{CC}) ）兩個電源連接，且各有獨(dú)立的接地引腳。為避免電源開啟時間不同導(dǎo)致的閂鎖現(xiàn)象，建議數(shù)字和模擬電源采用公共連接；若使用獨(dú)立電源且無公共連接，上電期間兩電源的壓差必須小于0.6V。同時，電源應(yīng)盡可能靠近器件進(jìn)行旁路處理。

（二）工作原理

其delta - sigma部分基于5級幅度量化器和三階噪聲整形器，將過采樣的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5級delta - sigma格式。結(jié)合內(nèi)部的8倍插值濾波器，在384fs系統(tǒng)時鐘下，過采樣率為 (48f{S}) ；在256fs系統(tǒng)時鐘下，過采樣率為 (64f{S}) 。

八、應(yīng)用注意事項(xiàng)

（一）延遲時間

delta - sigma轉(zhuǎn)換器存在延遲時間，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，總延遲時間需小于2ms。

（二）內(nèi)部復(fù)位

上電后，經(jīng)過1024個XTI時鐘周期會自動進(jìn)行復(fù)位操作。在這1024個時鐘周期內(nèi)，無法進(jìn)行軟件編程；之后，ML引腳的低電平可啟動編程。

（三）輸出濾波

為測試目的，所有動態(tài)測試均使用20kHz低通濾波器，該濾波器限制了THD + N等參數(shù)的測量帶寬。

總之，PCM1717以其豐富的特性、靈活的控制方式和良好的性能，為音頻處理應(yīng)用提供了一個可靠且低成本的解決方案。在實(shí)際設(shè)計中，電子工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置PCM1717的各項(xiàng)參數(shù)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用PCM1717的過程中，是否也遇到過一些有趣的問題或有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流！