PCM1822音頻ADC：高性能與靈活性兼?zhèn)涞囊纛l解決方案

在當(dāng)今的音頻處理領(lǐng)域，對(duì)于高質(zhì)量、高性能模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的需求日益增長(zhǎng)。TI推出的PCM1822立體聲通道、32位、192kHz音頻ADC，就是滿足這些需求的優(yōu)秀產(chǎn)品。本文將詳細(xì)介紹PCM1822的特點(diǎn)、應(yīng)用、功能及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)提供有價(jià)值的參考。

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一、PCM1822的關(guān)鍵特性

1.1 高性能立體聲ADC

支持2通道模擬麥克風(fēng)或線路輸入，具有出色的動(dòng)態(tài)范圍和低失真特性。當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)器（DRE）啟用時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)117dB；禁用時(shí)為111dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）低至 -95dB（1 - VRMS滿量程輸入）。

1.2 靈活的采樣率和接口

PCM1822的ADC采樣率范圍為8kHz至192kHz，可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活調(diào)整。同時(shí)，它提供了靈活的音頻串行數(shù)據(jù)接口，支持主從接口選擇，可使用32位、2通道時(shí)分復(fù)用（TDM）或32位、2通道I2S協(xié)議，方便與各種系統(tǒng)集成。

1.3 低功耗和單電源操作

該設(shè)備采用單電源3.3V供電，I/O電源可選擇3.3V或1.8V，在不同采樣率下功耗表現(xiàn)出色。例如，在16kHz采樣率時(shí)，每通道功耗為19.6mW；在48kHz采樣率時(shí)，每通道功耗為21.3mW，適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。

1.4 硬件控制和多功能特性

通過硬件引腳控制配置，可選擇線性相位或低延遲濾波器，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掉電功能（音頻時(shí)鐘丟失時(shí)），集成了高性能音頻PLL，確保時(shí)鐘穩(wěn)定。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

PCM1822因其出色的性能和靈活性，適用于多種音頻相關(guān)應(yīng)用：

• 智能音箱：能夠?qū)崿F(xiàn)高保真的音頻錄制，為語音交互和音樂播放提供優(yōu)質(zhì)的音頻輸入。
• DVD記錄器和播放器：滿足多聲道音頻的錄制和播放需求，提升音頻質(zhì)量。
• AV接收器：處理來自各種音頻源的信號(hào)，提供清晰、逼真的音頻體驗(yàn)。
• 視頻會(huì)議系統(tǒng)：確保語音通信的清晰和準(zhǔn)確，減少背景噪聲干擾。
• IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)：實(shí)現(xiàn)音頻與視頻的同步錄制，增強(qiáng)監(jiān)控效果。

三、詳細(xì)功能解析

3.1 硬件控制

PCM1822支持通過簡(jiǎn)單的硬件引腳控制來選擇特定的操作模式和音頻接口。通過MSZ、MD0、MD1和FMT0引腳，可使用上拉或下拉電阻進(jìn)行配置，方便快捷。

3.2 音頻串行接口

• TDM接口：在TDM模式下，F(xiàn)SYNC的上升沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)按順序依次發(fā)送。為保證音頻總線正常工作，每幀的位時(shí)鐘數(shù)必須大于或等于有效輸出通道數(shù)乘以32位的輸出通道數(shù)據(jù)字長(zhǎng)。
• I2S接口：遵循標(biāo)準(zhǔn)的I2S協(xié)議，支持左右聲道數(shù)據(jù)傳輸。MSB在特定的時(shí)鐘邊沿發(fā)送，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。同樣，每幀的位時(shí)鐘數(shù)需滿足相應(yīng)要求。

3.3 鎖相環(huán)（PLL）和時(shí)鐘生成

內(nèi)部集成了低抖動(dòng)的PLL，用于生成ADC調(diào)制器和數(shù)字濾波器引擎所需的內(nèi)部時(shí)鐘。在從模式下，可根據(jù)不同的輸出數(shù)據(jù)采樣率和BCLK與FSYNC的比率自動(dòng)配置時(shí)鐘分頻器；在主模式下，使用MD1引腳作為系統(tǒng)時(shí)鐘參考，支持256 × fS或512 × fS的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

3.4 輸入通道配置

PCM1822具有兩對(duì)模擬輸入引腳（INxP和INxM），可作為差分輸入用于錄音通道。輸入信號(hào)需進(jìn)行交流耦合，并且為了獲得最佳失真性能，建議使用低電壓系數(shù)的電容。輸入阻抗典型值為2.5kΩ，耦合電容的選擇要確保不影響信號(hào)內(nèi)容，同時(shí)設(shè)備具備快速充電方案，加快耦合電容在電源開啟時(shí)的充電速度。

3.5 參考電壓

該設(shè)備通過帶隙電路內(nèi)部生成低噪聲參考電壓，VREF為2.75V，支持2 - VRMS差分滿量程輸入。需使用至少1μF的電容從VREF引腳連接到模擬地（AVSS）進(jìn)行外部濾波。

3.6 信號(hào)鏈處理

• 動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)器（DRE）：集成超低噪聲前端DRE增益放大器，可將整體通道動(dòng)態(tài)范圍提升至117dB。在從模式下，通過將MD1引腳置高啟用DRE，它能根據(jù)輸入信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整內(nèi)部放大器增益，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)、高保真音頻錄制。但要注意，啟用DRE會(huì)增加功耗，且不支持輸出采樣率大于48kHz的情況。
• 數(shù)字高通濾波器（HPF）：用于去除記錄數(shù)據(jù)中的直流偏移分量和衰減低頻噪聲， - 3dB截止頻率固定為0.00025 × fS，采用一階無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器，對(duì)所有ADC通道全局適用。
• 可配置數(shù)字抽取濾波器：在從模式下，可通過MD0引腳選擇線性相位濾波器或低延遲濾波器。線性相位濾波器適用于對(duì)相位線性度要求較高的應(yīng)用，低延遲濾波器則適用于對(duì)延遲敏感的應(yīng)用。不同采樣率下，兩種濾波器的性能有所不同，具體可參考文檔中的詳細(xì)規(guī)格。

四、設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 典型應(yīng)用電路

以使用立體聲模擬微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)進(jìn)行同時(shí)錄音操作為例，采用TDM音頻數(shù)據(jù)從接口的配置。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意使用低電壓系數(shù)的輸入交流耦合電容以獲得最佳失真性能。

4.2 電源供應(yīng)建議

IOVDD和AVDD電源的上電順序可任意，但在電源電壓穩(wěn)定到支持的工作電壓范圍之前，不要提供時(shí)鐘信號(hào)。上電時(shí)，t1和t2至少為100μs；下電時(shí)，t3和t4至少為10ms。同時(shí)，要確保電源斜坡率小于1V/μs，兩次上電之間的等待時(shí)間至少為100ms。

4.3 布局指南

• 將散熱焊盤連接到地，使用過孔模式將其與接地層連接，有助于散熱。
• 電源去耦電容應(yīng)靠近設(shè)備引腳放置。
• 在PCB上差分路由模擬差分音頻信號(hào)，避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉，防止串?dāng)_。
• 設(shè)備內(nèi)部電壓參考需使用外部電容濾波，濾波電容應(yīng)靠近VREF引腳放置。
• 將VREF外部電容的接地端直接短接到AVSS引腳，不使用過孔。
• 使用接地層為電源和信號(hào)電流提供最低阻抗路徑，將設(shè)備下方區(qū)域作為中央接地區(qū)域，所有設(shè)備接地必須直接連接到該區(qū)域。

五、總結(jié)

PCM1822音頻ADC憑借其高性能、低功耗、靈活的接口和豐富的功能，為電子工程師在音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理配置和使用PCM1822，同時(shí)注意電源供應(yīng)、電路布局等方面的要點(diǎn)，以確保其能夠發(fā)揮最佳性能。在設(shè)計(jì)過程中，你是否遇到過類似高性能音頻ADC的應(yīng)用難題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。