探索PCM270xC系列：USB接口立體聲音頻DAC的卓越之選

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DAC（數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器）的性能直接關(guān)系到音頻質(zhì)量的優(yōu)劣。德州儀器（TI）的PCM270xC系列，包括PCM2704C、PCM2705C、PCM2706C和PCM2707C，以其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為電子工程師在音頻設(shè)計(jì)中的熱門選擇。

文件下載：pcm2706c.pdf

一、PCM270xC系列的特性亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的USB接口能力

PCM270xC系列芯片內(nèi)置USB接口，無需專門的設(shè)備驅(qū)動程序，這大大簡化了開發(fā)過程。它支持全速收發(fā)器，完全符合USB 2.0規(guī)范，同時具備USB 1.1描述符和USB音頻類支持，還通過了USB - IF認(rèn)證。部分可編程的描述符和自適應(yīng)等時傳輸功能，為音頻播放提供了穩(wěn)定而高效的解決方案。此外，它既可以采用總線供電（典型5V），也可以采用自供電（典型3.3V），為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的電源選擇。

2. 豐富的采樣率和時鐘配置

該系列支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz的采樣率，能夠滿足大多數(shù)音頻應(yīng)用的需求。芯片內(nèi)部集成了時鐘發(fā)生器，只需一個12 - MHz的時鐘源，就可以為音頻處理提供精確的時鐘信號。

3. 出色的音頻性能

采用16位Delta - Sigma立體聲DAC，在不同的供電模式下都能展現(xiàn)出優(yōu)秀的音頻性能。以自供電（3.3V）為例，當(dāng)負(fù)載電阻(R{L}>10 kΩ)時，總諧波失真加噪聲（THD + N）低至0.006%；當(dāng)(R{L}=32Ω)時，THD + N為0.025%。信噪比（SNR）高達(dá)98 dB，動態(tài)范圍也達(dá)到98 dB，能夠?yàn)橛脩魩砬逦?、純凈的音頻體驗(yàn)。同時，內(nèi)置的過采樣數(shù)字濾波器，具有±0.04 dB的通帶波紋和 - 50 dB的阻帶衰減，有效減少了音頻信號中的噪聲和干擾。

4. 多樣化的功能接口

PCM270xC系列具備多種功能接口，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置。例如，最多支持八個HID（人機(jī)接口設(shè)備）接口，方便實(shí)現(xiàn)音量控制、靜音等功能；具備S/PDIF輸出接口，可輸出數(shù)字音頻信號；部分型號還支持外部ROM接口、串行編程接口和I2S接口，為音頻數(shù)據(jù)的處理和傳輸提供了更多的可能性。

二、應(yīng)用場景廣泛

1. USB音頻設(shè)備

在USB耳機(jī)、USB音頻揚(yáng)聲器和USB音頻接口盒等設(shè)備中，PCM270xC系列可以直接連接USB端口，將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，為用戶提供高品質(zhì)的音頻輸出。其無需專門驅(qū)動程序的特性，使得設(shè)備的兼容性更強(qiáng)，使用更加方便。

2. 顯示設(shè)備

在USB CRT/LCD顯示器中，PCM270xC系列可以實(shí)現(xiàn)音頻的輸出功能，為顯示器增加音頻播放能力，提升用戶的使用體驗(yàn)。

3. 消費(fèi)類音頻產(chǎn)品

對于各種具有USB功能的消費(fèi)類音頻產(chǎn)品，如便攜式音樂播放器、智能音箱等，PCM270xC系列以其出色的音頻性能和豐富的功能接口，能夠滿足產(chǎn)品對音頻質(zhì)量和功能多樣性的需求。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)解析

1. 時鐘和復(fù)位

PCM270xC系列芯片需要一個12 - MHz（±500 ppm）的時鐘信號，可以通過板載振蕩器和12 - MHz的晶體諧振器來生成。晶體諧振器連接到XTI和XTO引腳，并搭配一個大電阻和兩個小電容。如果使用外部時鐘，XTO引腳必須懸空。芯片內(nèi)部還具備上電復(fù)位電路，當(dāng)(V_{DD})超過2V（典型值）時，芯片會自動進(jìn)行復(fù)位操作，大約700 μs后內(nèi)部復(fù)位釋放。

2. 操作模式選擇

電源配置選擇

PSEL引腳用于選擇電源模式，低電平表示自供電，高電平表示總線供電。在總線供電模式下，HOST引腳可以控制最大功耗，低電平表示100 mA，高電平表示500 mA；在自供電模式下，HOST引腳可用于檢測USB總線的連接狀態(tài)。

功能選擇（僅PCM2706C/7C）

FSEL引腳可以決定FUNC0 - FUNC3引腳和DOUT引腳的功能。當(dāng)需要I2S接口時，F(xiàn)SEL引腳置低；否則，置高。這樣可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，靈活配置芯片的功能。

3. DAC工作原理

PCM270xC系列的DAC采用過采樣技術(shù)和二階多位噪聲整形，能夠在音頻頻段內(nèi)提供極低的量化噪聲。內(nèi)置的模擬低通濾波器可以去除噪聲整形信號中的高頻成分，保證輸出的音頻信號純凈、清晰。DAC的模擬輸出通過耳機(jī)放大器，可以在32 Ω負(fù)載下提供12 mW的功率，在10 - kΩ負(fù)載下提供(1.8 V_{PP})的電壓。

4. 數(shù)字音頻接口

S/PDIF輸出

芯片支持S/PDIF輸出，將主機(jī)的等時輸出數(shù)據(jù)編碼為S/PDIF信號，同時輸出到DOUT引腳和DAC的模擬輸出端。其接口格式和時序遵循IEC - 60958標(biāo)準(zhǔn)，單聲道數(shù)據(jù)會轉(zhuǎn)換為立體聲格式輸出。需要注意的是，在I2S接口啟用模式下，不支持S/PDIF輸出。

I2S接口輸出（PCM2706C/7C）

PCM2706C和PCM2707C支持I2S接口，通過FSEL引腳啟用。在I2S接口模式下，相關(guān)引腳提供16位I2S格式的數(shù)字輸入/輸出數(shù)據(jù)，可被內(nèi)部DAC接受。

5. 描述符數(shù)據(jù)修改

芯片的描述符數(shù)據(jù)可以通過外部ROM（PCM2704C/6C）或SPI端口（PCM2705C/7C）進(jìn)行修改。修改時，需要將PSEL和HOST引腳都置高，并且在編程完成之前，D +引腳的上拉電阻不能激活。描述符數(shù)據(jù)必須以LSB優(yōu)先的格式發(fā)送，并且功率屬性和最大功率內(nèi)容要與實(shí)際應(yīng)用電路的配置一致。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源供應(yīng)

為了保證芯片的正常工作，電源電壓必須在3V - 3.6V之間（自供電模式）。建議在每個電源引腳附近放置去耦電容，以過濾低頻電源噪聲。

2. 布局設(shè)計(jì)

去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片引腳，以提高濾波效果。同時，可以參考文檔中提供的輸出濾波器設(shè)計(jì)，以優(yōu)化音頻輸出質(zhì)量。由于芯片功率較低，不需要特殊的散熱PCB設(shè)計(jì)。

3. 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，如USB揚(yáng)聲器、遠(yuǎn)程耳機(jī)和DSP環(huán)繞處理放大器等。在設(shè)計(jì)時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的電路，并注意電路中的參數(shù)設(shè)置和元件選擇。例如，在使用外部ROM進(jìn)行描述符編程時，必須確保PSEL和HOST引腳為高電平。

五、總結(jié)

PCM270xC系列芯片以其強(qiáng)大的USB接口能力、出色的音頻性能、豐富的功能接口和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在音頻設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要深入了解芯片的技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)，根據(jù)具體的需求進(jìn)行合理的配置和設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮芯片的性能優(yōu)勢，打造出高品質(zhì)的音頻設(shè)備。你在使用PCM270xC系列芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。