德州儀器PCM186x音頻ADC：高性能與靈活性的完美結(jié)合

在音頻前端設(shè)備的領(lǐng)域中，德州儀器（TI）的PCM186x系列音頻ADC無疑是一顆璀璨的明星。它為音頻功能集成帶來了全新的思路，不僅能輕松符合歐洲生態(tài)設(shè)計立法要求，還能以更低的成本實現(xiàn)高性能的終端產(chǎn)品。今天，咱們就來深入剖析一下這個系列的音頻ADC。

文件下載：pcm1862.pdf

一、產(chǎn)品概述

PCM186x系列包含PCM1860、PCM1861、PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865等型號。它們支持單電源3.3V供電，在小封裝內(nèi)集成了可編程增益放大器（PGA），這使得實現(xiàn)更小、更智能的產(chǎn)品成為可能，同時還能降低成本。

這個系列的音頻前端支持從毫伏級麥克風(fēng)輸入到2.1 (V_{RMS}) 線路輸入的單端輸入電平，無需外部電阻分壓器。前端混音器（MIX）、多路復(fù)用器（MUX）和PGA還支持差分（Diff）、偽差分和單端（SE）輸入，非常適合需要抑制干擾的產(chǎn)品。此外，PCM186x還集成了許多系統(tǒng)級功能，能夠輔助或替代一些DSP功能。

二、核心特性

（一）高SNR性能

不同型號有著不同的SNR表現(xiàn)，像PCM1861/63/65的SNR能達(dá)到110 dB，而PCM1860/62/64也有103 dB。這種高SNR性能能夠有效降低噪聲，提升音頻的純凈度。大家在實際設(shè)計中，可以根據(jù)對音頻質(zhì)量的要求來選擇合適的型號。

（二）靈活的采樣率和通道配置

ADC采樣率范圍從8 kHz到192 kHz，并且最多可提供四個獨立的ADC通道。單端輸入時滿量程為2.1 (V{RMS}) ，差分輸入時為4.2 (V{RMS}) 。這種靈活的配置可以滿足不同應(yīng)用場景下對采樣率和通道數(shù)量的需求。

（三）多樣的控制方式

有硬件（HW）控制和軟件（SW）控制兩種方式可供選擇。PCM1860/61采用硬件控制，而PCM1862/63/64/65則支持軟件控制（ (I^{2} C) 或SPI）。軟件控制的型號還支持最多四個數(shù)字麥克風(fēng)，這為設(shè)計帶來了更多的可能性。

（四）可編程增益放大器（PGA）

PCM186x的PGA是混合式的模擬和數(shù)字可編程增益放大器。PCM1860/61有固定增益選項，如0 dB、12 dB、32 dB；而PCM1862/63/64/65的增益則可以通過軟件控制，范圍從 -12 dB到 +32 dB。這種可編程的增益放大器能夠根據(jù)不同的輸入信號強度進(jìn)行靈活調(diào)整，以達(dá)到最佳的放大效果。

（五）低功耗設(shè)計

在3.3V供電下，PCM1860/61/62/63的功耗小于85 mW，PCM1864/65的功耗小于145 mW。同時，還具備Energysense音頻內(nèi)容檢測器，可實現(xiàn)自動系統(tǒng)喚醒和睡眠功能，進(jìn)一步降低功耗。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

PCM186x系列的應(yīng)用十分廣泛，常見于家庭影院和電視、語音控制設(shè)備、藍(lán)牙揚聲器以及麥克風(fēng)陣列處理器等。在這些應(yīng)用中，它的高性能和靈活性能夠充分發(fā)揮出來，為用戶帶來更好的音頻體驗。

四、詳細(xì)功能解析

（一）模擬前端

PCM186x的模擬前端非常靈活，支持差分和單端輸入。在單端模式下可支持高達(dá)2.1 (V{RMS}) 的輸入，差分模式下則可達(dá)到4.2 (V{RMS}) 。軟件控制的型號還具備混音和多路復(fù)用功能，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號的靈活組合。不過，在使用時要注意，模擬輸入引腳需要使用直流阻隔電容，以確保正確的直流偏置條件。

（二）麥克風(fēng)支持

該系列支持模擬和數(shù)字麥克風(fēng)。模擬信號的處理與線路電平信號類似，但需要麥克風(fēng)偏置。數(shù)字麥克風(fēng)輸入使用GPIO引腳，不同型號對數(shù)字麥克風(fēng)的支持?jǐn)?shù)量也有所不同。例如，PCM1864和PCM1865最多可支持四個數(shù)字麥克風(fēng)。

（三）時鐘系統(tǒng)

PCM186x擁有極其靈活的時鐘架構(gòu)。它可以使用外部晶體或CMOS電平時鐘作為時鐘源，并且集成了片上鎖相環(huán)（PLL），能夠從位時鐘輸入生成片上主時鐘。這種設(shè)計在音頻源沒有主時鐘來驅(qū)動數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和放大器的系統(tǒng)中非常有用。同時，片上時鐘監(jiān)控系統(tǒng)還可以被系統(tǒng)微控制器監(jiān)控，以確保時鐘的穩(wěn)定性。

（四）二次ADC

二次ADC是一個低功耗、非音頻ADC，主要用于睡眠模式下監(jiān)控模擬輸入，以及在controlsense模式下測量系統(tǒng)中的直流電壓，如電池電壓和控制電位器。它還能在檢測到電壓超過特定閾值時生成中斷，讓微控制器在控制電壓穩(wěn)定時進(jìn)入低功耗睡眠模式。

（五）可編程功能

軟件控制的PCM186x設(shè)備可以通過 (I^{2} C) 或SPI進(jìn)行配置和控制?？刂萍拇嫫骺梢詫崿F(xiàn)各種功能的配置，如音頻數(shù)據(jù)格式、數(shù)字濾波器選擇、模擬輸入通道和PGA增益等。

五、電源和布局建議

（一）電源

PCM186x使用3.3V功能塊和1.8V功能塊的組合，以實現(xiàn)高模擬性能和高度的數(shù)字集成。它有三個內(nèi)部電源軌：AVDD為模擬電路提供3.3V的干凈電源，DVDD用于3.3V數(shù)字時鐘電路，IOVDD用于驅(qū)動輸入/輸出數(shù)字電路。內(nèi)部集成的LDO可以將外部3.3V轉(zhuǎn)換為數(shù)字核心所需的1.8V。

（二）布局

在PCB布局時，要盡量將模擬和數(shù)字部分分開，避免數(shù)字噪聲耦合到模擬信號中。去耦電容要盡量靠近電源引腳，并且與設(shè)備在同一層。同時，在輸入走線之間放置接地平面可以降低串?dāng)_。

六、總結(jié)

總的來說，德州儀器的PCM186x系列音頻ADC以其高性能、靈活性和低功耗等優(yōu)點，為音頻前端設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是在家庭影院、語音控制設(shè)備還是其他音頻相關(guān)的應(yīng)用中，它都能發(fā)揮出重要的作用。作為電子工程師，我們在設(shè)計音頻產(chǎn)品時，可以充分考慮PCM186x系列的這些特性，以實現(xiàn)更好的產(chǎn)品性能和更低的成本。大家在實際使用過程中，如果遇到什么問題或者有什么新的發(fā)現(xiàn)，歡迎在評論區(qū)一起交流探討。