汽車音頻ADC的理想選擇：PCM186x-Q1家族的深度剖析

在汽車音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的性能起著至關(guān)重要的作用。德州儀器（TI）的PCM186x-Q1系列產(chǎn)品為汽車應(yīng)用提供了高性能、高靈活性的音頻處理解決方案。今天我們就來(lái)深入剖析一下這個(gè)系列的產(chǎn)品，探索其在汽車音頻領(lǐng)域的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

PCM186x-Q1系列包括PCM1860-Q1、PCM1861-Q1、PCM1862-Q1、PCM1863-Q1、PCM1864-Q1和PCM1865-Q1等型號(hào)。它們專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，滿足AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，溫度范圍可達(dá) -40°C至 +125°C，能夠適應(yīng)汽車內(nèi)部復(fù)雜的工作環(huán)境。此外，其高信噪比（SNR）性能、靈活的輸入配置和多種控制方式，為汽車音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。

核心特性亮點(diǎn)

高信噪比性能

不同型號(hào)的PCM186x - Q1具有不同的SNR性能，像PCM1861-Q1/63-Q1/65-Q1的SNR可達(dá)110 dB，PCM1860-Q1/62-Q1/64-Q1也有103 dB的出色表現(xiàn)。高SNR意味著能夠更準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換音頻信號(hào)，減少噪聲干擾，還原更純凈、清晰的音頻。這在汽車音頻系統(tǒng)中尤為重要，因?yàn)檐噧?nèi)環(huán)境本身就存在各種噪聲，高SNR可以確保音頻信號(hào)在傳輸和處理過(guò)程中保持高質(zhì)量。

靈活的輸入配置

該系列支持單端和差分輸入。單端輸入時(shí)，支持高達(dá)2.1 VRMS的輸入電平；差分輸入時(shí)，最大可承受4.2 VRMS的輸入。這種靈活的輸入方式可以適應(yīng)不同類型的音頻源，無(wú)論是小信號(hào)的麥克風(fēng)輸入還是較大電平的線路輸入，都能輕松處理。同時(shí)，軟件控制的型號(hào)（PCM1862-Q1/63-Q1/64-Q1/65-Q1）還支持混音功能，為音頻處理提供了更多的可能性。

多種控制方式

PCM186x-Q1系列提供了硬件（HW）和軟件（SW）兩種控制方式。PCM1860-Q1/61-Q1采用硬件控制，通過(guò)引腳設(shè)置實(shí)現(xiàn)功能配置，簡(jiǎn)單直接；而PCM1862-Q1/63-Q1/64-Q1/65-Q1則支持I2C或SPI軟件控制，方便用戶進(jìn)行更復(fù)雜的功能設(shè)置和調(diào)整。這種多樣化的控制方式可以滿足不同用戶的設(shè)計(jì)需求，提高了產(chǎn)品的通用性。

可編程增益放大器（PGA）

PCM186x-Q1集成了PGA，不同型號(hào)的PGA增益設(shè)置有所不同。硬件控制的型號(hào)提供固定增益選項(xiàng)（0 dB、12 dB、32 dB），而軟件控制的型號(hào)則可以實(shí)現(xiàn)從 -12 dB到 +32 dB的可編程增益調(diào)整，調(diào)整步進(jìn)可達(dá)0.5 dB。PGA的存在可以根據(jù)輸入信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行靈活的增益調(diào)整，確保信號(hào)在后續(xù)處理過(guò)程中處于合適的電平范圍，避免信號(hào)失真。

低功耗設(shè)計(jì)

在功耗方面，PCM186x-Q1表現(xiàn)出色。在3.3 V電源供電下，PCM1860-Q1/61-Q1/62-Q1/63-Q1的功耗小于85 mW，PCM1864-Q1/65-Q1的功耗小于145 mW。這種低功耗設(shè)計(jì)可以降低系統(tǒng)的整體能耗，減少發(fā)熱，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，尤其適合對(duì)功耗要求較高的汽車應(yīng)用。

詳細(xì)的功能分析

模擬前端設(shè)計(jì)

PCM186x-Q1的模擬前端具有高度的靈活性，支持單端和差分輸入。在單端模式下，最大可輸入2.1 VRMS的信號(hào)；差分模式下，可輸入4.2 VRMS的信號(hào)。在PGA之前，MIX和MUX電路允許對(duì)模擬輸入進(jìn)行混合和多路復(fù)用，軟件控制的型號(hào)還支持混音功能。不過(guò)，在使用時(shí)需要注意在模擬輸入上添加直流阻斷電容，以確保正確的直流偏置條件，避免出現(xiàn)增益誤差和直流偏移等問(wèn)題。

麥克風(fēng)支持

該系列產(chǎn)品支持模擬和數(shù)字麥克風(fēng)。對(duì)于模擬麥克風(fēng)，需要提供偏置電壓，PCM186x-Q1可以在引腳5提供2.6 V的麥克風(fēng)偏置。數(shù)字麥克風(fēng)輸入使用GPIO引腳，2通道的型號(hào)可以支持2個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)，4通道的型號(hào)最多可支持4個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)。不同型號(hào)的數(shù)字麥克風(fēng)模式增益設(shè)置也有所不同，PCM1862-Q1和PCM1863-Q1在混音器中可提供高達(dá)18 dB的增益，PCM1864-Q1和PCM1865-Q1則可提供高達(dá)30 dB的增益（18 dB來(lái)自混音器，12 dB來(lái)自數(shù)字PGA）。

時(shí)鐘系統(tǒng)

PCM186x-Q1的時(shí)鐘系統(tǒng)非常靈活。它可以作為時(shí)鐘主設(shè)備或從設(shè)備，時(shí)鐘源可以來(lái)自外部晶體或CMOS電平時(shí)鐘。內(nèi)部集成的PLL可以從1 MHz到50 MHz的任何時(shí)鐘源生成實(shí)際的音頻速率時(shí)鐘，滿足不同的設(shè)計(jì)需求。硬件控制的型號(hào)（PCM1860-Q1/61-Q1）在從模式下可以檢測(cè)到MCK的缺失并自動(dòng)生成MCK信號(hào)；軟件控制的型號(hào)則可以根據(jù)輸入的時(shí)鐘速率編程PLL，生成所需的音頻時(shí)鐘。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）

主音頻ADC具有出色的SNR性能，PCM1860-Q1/62-Q1/64-Q1的SNR為103 dB，PCM1861-Q1/63-Q1/65-Q1的SNR為110 dB。此外，還有一個(gè)用于信號(hào)電平檢測(cè)或直流電平變化檢測(cè)的輔助ADC（Secondary ADC），其采樣率與主音頻采樣時(shí)鐘相關(guān)聯(lián)。在睡眠模式下，該輔助ADC可以切換到片上振蕩器作為時(shí)鐘源，繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。

音頻處理功能

芯片上的兩個(gè)固定功能DSP（DSP1和DSP2）用于執(zhí)行多種濾波、混音、信號(hào)檢測(cè)和管理功能。例如，DSP1可以選擇經(jīng)典的FIR或低延遲的IIR抽取濾波器，還可以使用高通濾波器去除信號(hào)中的直流偏置；DSP2則支持音頻混合功能，可實(shí)現(xiàn)ADC輸出與I2S輸入的混合，并進(jìn)行音量控制。

其他功能

PCM186x-Q1還具有許多實(shí)用的功能，如自動(dòng)削波抑制、零交叉檢測(cè)、可映射的GPIO引腳、中斷控制器等。自動(dòng)削波抑制功能可以在檢測(cè)到ADC削波時(shí)自動(dòng)降低增益，避免信號(hào)失真；零交叉檢測(cè)功能可以在信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行增益調(diào)整，減少拉鏈噪聲；可映射的GPIO引腳可以根據(jù)需要配置不同的功能，提高了系統(tǒng)的靈活性；中斷控制器可以監(jiān)測(cè)多種信號(hào)狀態(tài)，并觸發(fā)相應(yīng)的中斷，方便系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。

應(yīng)用場(chǎng)景及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景

PCM186x-Q1系列適用于多種汽車音頻應(yīng)用，如汽車頭單元、外部汽車放大器、遠(yuǎn)程信息處理控制單元（TCU）等。在這些應(yīng)用中，它可以將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，為后續(xù)的音頻處理和播放提供高質(zhì)量的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源設(shè)計(jì)：PCM186x-Q1使用AVDD、DVDD和IOVDD三個(gè)電源軌，其中AVDD為模擬電路提供3.3 V電源，DVDD為數(shù)字時(shí)鐘電路提供3.3 V電源，IOVDD用于驅(qū)動(dòng)輸入/輸出數(shù)字電路。芯片內(nèi)部集成了LDO，可以將外部3.3 V轉(zhuǎn)換為數(shù)字核心所需的1.8 V。在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和功耗要求，合理選擇電源配置。
2. 時(shí)鐘設(shè)計(jì)：為了獲得最佳性能，建議將ADC設(shè)置為時(shí)鐘主模式，并使用穩(wěn)定的SCK源，如CMOS SCK或外部晶體。在使用外部晶體時(shí)，需要根據(jù)晶體的數(shù)據(jù)手冊(cè)選擇合適的電容。如果時(shí)鐘源與音頻速率無(wú)關(guān)，則需要啟用PLL并進(jìn)行相應(yīng)的配置。
3. PCB布局：在進(jìn)行PCB布局時(shí)，應(yīng)采用最佳的設(shè)計(jì)實(shí)踐，將模擬和數(shù)字部分分開(kāi)布局，避免數(shù)字噪聲對(duì)模擬信號(hào)的干擾。同時(shí)，應(yīng)將去耦電容盡可能靠近電源引腳放置，并在同一層布局，以獲得最佳的電源去耦效果。

總結(jié)

PCM186x-Q1系列音頻ADC以其高性能、高靈活性和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，為汽車音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在音頻質(zhì)量、功能配置還是功耗控制方面，都表現(xiàn)出色。電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車音頻系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮PCM186x-Q1系列產(chǎn)品，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用類似產(chǎn)品時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題？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(jiàn)解。