探索DS90UA102-Q1：多通道數(shù)字音頻傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案

在電子工程領(lǐng)域，數(shù)字音頻傳輸技術(shù)的發(fā)展日新月異，對于高效、穩(wěn)定的音頻傳輸方案的需求也越來越高。今天，我們就來深入探討一款由德州儀器（TI）推出的多通道數(shù)字音頻解串器——DS90UA102-Q1，它與DS90UA101-Q1串行器搭配使用，為多通道音頻系統(tǒng)中的數(shù)字音頻分配提供了出色的解決方案。

文件下載：ds90ua102-q1.pdf

一、DS90UA102-Q1的特性亮點(diǎn)

1. 靈活的音頻輸出格式

DS90UA102-Q1支持I2S（立體聲）和TDM（多通道）格式的靈活數(shù)字音頻輸出，能夠滿足不同音頻系統(tǒng)的需求。無論是立體聲播放還是多通道環(huán)繞聲體驗(yàn)，它都能輕松應(yīng)對。

2. 高速低延遲傳輸

該解串器采用高速串行輸入接口，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸。同時，其極低的延遲（<15μs）確保了音頻信號的實(shí)時性，讓用戶在享受音頻時不會感受到明顯的延遲。

3. 雙向控制接口

通過I2C兼容的串行控制總線，DS90UA102-Q1提供了雙向控制接口通道，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制。這使得音頻系統(tǒng)的配置和管理更加靈活便捷。

4. 寬范圍的時鐘支持

它支持10 MHz至50 MHz的音頻系統(tǒng)時鐘，能夠適應(yīng)不同的時鐘頻率要求，為音頻系統(tǒng)的設(shè)計提供了更大的靈活性。

5. 汽車級產(chǎn)品

DS90UA102-Q1是汽車級產(chǎn)品，經(jīng)過AEC-Q100 Grade 2認(rèn)證，能夠在-40°C至105°C的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，并且符合ISO 10605和IEC 61000-4-2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車信息娛樂系統(tǒng)、主動降噪系統(tǒng)等汽車應(yīng)用場景。

二、技術(shù)參數(shù)詳解

1. 絕對最大額定值

在使用DS90UA102-Q1時，需要注意其絕對最大額定值，如電源電壓、LVCMOS I/O電壓、結(jié)溫等。這些參數(shù)規(guī)定了器件能夠承受的最大工作條件，超出這些范圍可能會導(dǎo)致器件損壞。

2. 推薦工作條件

為了確保器件的正常工作和性能穩(wěn)定，建議在推薦的工作條件下使用。包括電源電壓、LVCMOS電源電壓、工作溫度、時鐘頻率等參數(shù)，都有明確的推薦范圍。

3. 電氣特性

DS90UA102-Q1的電氣特性涵蓋了LVCMOS直流規(guī)格、CML接收器直流和交流規(guī)格等多個方面。這些特性對于電路設(shè)計和信號處理至關(guān)重要，例如輸入輸出電壓、電流、電阻等參數(shù)，直接影響著器件的性能和兼容性。

4. 開關(guān)特性

解串器的開關(guān)特性包括接收器輸出時鐘周期、占空比、轉(zhuǎn)換時間、數(shù)據(jù)建立和保持時間等。這些參數(shù)對于確保音頻信號的準(zhǔn)確傳輸和同步非常關(guān)鍵。

三、功能與工作原理

1. 芯片組協(xié)作

DS90UA101-Q1/DS90UA102-Q1芯片組協(xié)同工作，將數(shù)字音頻源與遠(yuǎn)程音頻轉(zhuǎn)換器和DSP連接起來。DS90UA101-Q1將多達(dá)8個音頻輸入和4個通用輸入以及雙向控制通道串行化到單個高速差分對或單端同軸電纜中，而DS90UA102-Q1則將接收到的單串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換回數(shù)字音頻輸出、控制通道數(shù)據(jù)和通用輸出。

2. 傳輸介質(zhì)

該芯片組適用于通過屏蔽雙絞線（STP）或同軸電纜進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。串行器和解串器提供內(nèi)部終端，以最小化阻抗不連續(xù)性。電纜的最大長度取決于電纜質(zhì)量、連接器、電路板和電氣環(huán)境等因素。

3. 音頻系統(tǒng)時鐘參考

芯片組使用來自數(shù)字音頻源的音頻系統(tǒng)時鐘（SCK）進(jìn)行操作。音頻數(shù)據(jù)、LRCK和BCK輸入通過SCK時鐘輸入到串行器中，同時最多4個GPI輸入也會被采樣并與數(shù)字音頻輸入一起傳輸。當(dāng)SCK空閑或缺失時，串行器會切換到內(nèi)部參考時鐘。

4. 串行幀格式

高速前向通道由28位數(shù)據(jù)組成，包含數(shù)字音頻數(shù)據(jù)、同步信號、I2C和奇偶校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)經(jīng)過隨機(jī)化、平衡和加擾處理，以優(yōu)化在交流耦合鏈路上的信號傳輸。雙向控制通道數(shù)據(jù)與高速前向數(shù)據(jù)一起在單串行鏈路上傳輸。

5. 串行音頻格式

支持多種串行音頻格式，如I2S格式、左對齊格式、右對齊格式和TDM格式。不同的格式具有不同的信號極性和對齊要求，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的格式。

6. 錯誤檢測

芯片組提供錯誤檢測功能，通過在正向通道上使用1個奇偶校驗(yàn)位和在反向通道上使用4個CRC位來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。用戶可以通過監(jiān)測相應(yīng)的寄存器來檢查奇偶校驗(yàn)錯誤和CRC錯誤。

7. 雙向控制總線和I2C

通過I2C兼容接口，用戶可以通過雙向控制通道對串行器、解串器或外部遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行編程。I2C總線數(shù)據(jù)速率支持高達(dá)400 kbps，符合I2C快速模式規(guī)范。

8. IDx地址解碼器

解串器上的IDx引腳用于解碼和設(shè)置I2C地址，共有4種可能的I2C地址可供設(shè)置。用戶可以通過將該引腳拉到VDD（1.8V）并使用合適的電阻來設(shè)置地址。

9. I2C透傳和多設(shè)備尋址

I2C透傳功能允許用戶訪問串行接口另一端的遠(yuǎn)程設(shè)備，通過配置相應(yīng)的寄存器可以實(shí)現(xiàn)該功能。多設(shè)備尋址功能則通過從機(jī)ID別名來解決多個具有相同固定地址的設(shè)備在同一I2C總線上的訪問問題。

10. 內(nèi)置自測試（BIST）

可選的全速內(nèi)置自測試（BIST）功能支持對高速串行鏈路和低速反向通道進(jìn)行測試，對于原型階段、設(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)測試和診斷都非常有用。用戶可以通過引腳或寄存器對BIST進(jìn)行配置，并通過PASS引腳實(shí)時監(jiān)測測試狀態(tài)。

四、應(yīng)用與設(shè)計考慮

1. 應(yīng)用場景

DS90UA102-Q1適用于多種音頻應(yīng)用場景，包括汽車信息娛樂系統(tǒng)、主動降噪系統(tǒng)和分布式多通道音頻系統(tǒng)等。其高性能和穩(wěn)定性能夠滿足這些應(yīng)用對音頻傳輸?shù)膰?yán)格要求。

2. AC耦合

SER/DES僅支持通過集成的直流平衡編碼方案進(jìn)行交流耦合互連。在應(yīng)用中，需要在串行接口信號路徑上串聯(lián)外部交流耦合電容，以確保信號的正常傳輸。

3. 典型應(yīng)用連接

在典型應(yīng)用連接中，串行接口輸入必須連接外部0.1 μF耦合電容到高速互連，解串器具有內(nèi)部終端。旁路電容應(yīng)放置在電源引腳附近，鐵氧體磁珠可用于有效抑制噪聲。

4. PCB布局和電源系統(tǒng)考慮

在PCB布局和電源系統(tǒng)設(shè)計中，需要注意提供低噪聲的電源饋送，分離高頻或高電平輸入輸出，以減少干擾。使用薄電介質(zhì)的電源/接地夾層可以提高電源系統(tǒng)性能，同時選擇合適的外部旁路電容也非常重要。此外，還需要注意LVCMOS信號與差分線的隔離，以及差分線的耦合和平衡。

總結(jié)

DS90UA102-Q1作為一款高性能的多通道數(shù)字音頻解串器，具有靈活的音頻輸出格式、高速低延遲傳輸、雙向控制接口等眾多優(yōu)點(diǎn)。它不僅適用于汽車等特殊應(yīng)用場景，也能滿足其他音頻系統(tǒng)的需求。在設(shè)計過程中，我們需要充分了解其技術(shù)參數(shù)和功能特點(diǎn)，合理進(jìn)行電路設(shè)計和PCB布局，以確保其性能的充分發(fā)揮。你在使用類似的音頻解串器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。