探索PCM175x-Q1：24位音頻DAC的卓越之選

在音頻處理領(lǐng)域，數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能對最終音頻質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的PCM175x-Q1系列24位、192-kHz采樣增強型多級Δ-Σ音頻DAC，了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：pcm1753-q1.pdf

特性亮點

汽車級應(yīng)用資質(zhì)

PCM175x-Q1通過了AEC-Q100認證，適用于汽車應(yīng)用。其工作溫度范圍為 -40°C 至 105°C（設(shè)備溫度等級2），人體模型（HBM）靜電放電分類等級為2，帶電設(shè)備模型（CDM）靜電放電分類等級為C4B，確保了在惡劣汽車環(huán)境下的可靠性。

高精度音頻轉(zhuǎn)換

該系列DAC具有24位分辨率，在 (V_{CC}=5V) 時，動態(tài)范圍可達106dB，信噪比（SNR）典型值為106dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）典型值為0.002%，滿量程輸出典型值為4VPP，提供了出色的音頻性能。

靈活的數(shù)字濾波

采用4x和8x過采樣數(shù)字濾波器，阻帶衰減為 -50dB，通帶波紋為 ±0.04dB，能夠有效濾除噪聲，提升音頻質(zhì)量。

寬采樣頻率范圍

支持5kHz至200kHz的采樣頻率，系統(tǒng)時鐘可選128 fS、192 fS、256 fS、384 fS、512 fS、768 fS、1152 fS，并具備自動檢測功能，適應(yīng)多種音頻應(yīng)用場景。

硬件控制功能（PCM1754-Q1）

支持 (I^{2}S) 和16位字、右對齊音頻數(shù)據(jù)格式，具備44.1kHz數(shù)字去加重、軟靜音以及左右聲道公共輸出零標志等功能，方便用戶進行音頻控制。

低功耗設(shè)計

采用5V單電源供電，在不同采樣頻率下，功耗表現(xiàn)良好。例如，在 (f_{S}=44.1kHz) 時，供電電流典型值為16mA，功耗為80 - 105mW。

小型封裝

采用16引腳SSOP封裝，無鉛設(shè)計，節(jié)省電路板空間，適合小型化設(shè)計需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

PCM175x-Q1系列DAC廣泛應(yīng)用于多個音頻領(lǐng)域，包括汽車信息娛樂系統(tǒng)和儀表盤、AV接收器、HDTV接收器、汽車音響系統(tǒng)以及其他需要24位音頻的應(yīng)用。

詳細描述

架構(gòu)與接口

PCM175x-Q1是基于CMOS的單片集成電路，采用TI的增強型多級Δ-Σ架構(gòu)，結(jié)合4階噪聲整形和8級幅度量化，實現(xiàn)了優(yōu)異的動態(tài)性能和對時鐘抖動的更好容忍度。它支持16 - 24位的行業(yè)標準音頻數(shù)據(jù)格式，便于與音頻DSP和解碼器芯片接口。

系統(tǒng)時鐘與復位

該系列設(shè)備需要系統(tǒng)時鐘來操作數(shù)字插值濾波器和多級Δ-Σ調(diào)制器，系統(tǒng)時鐘通過SCK輸入（引腳16）提供。同時，具備上電復位功能，當 (V_{CC}>3V)（典型值，2.2V至3.7V）且系統(tǒng)時鐘激活時，初始化序列需要1024個系統(tǒng)時鐘。

音頻接口

音頻串行接口由3線同步串行端口組成，包括LRCK（引腳3）、BCK（引腳1）和DATA（引腳2）。PCM1753-Q1支持右對齊、 (I^{2}S) 和左對齊等音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1754-Q1支持 (I^{2}S) 和16位字右對齊音頻數(shù)據(jù)格式。

零標志功能

PCM1754-Q1的ZEROA引腳是左右聲道公共零標志引腳，當左右聲道數(shù)據(jù)在1024個采樣周期內(nèi)保持為0時，該引腳置為邏輯1狀態(tài)。PCM1753-Q1的每個聲道有獨立的零標志引腳ZEROL和ZEROR，可用于控制外部靜音電路或作為狀態(tài)指示器。

模擬輸出

PCM1753-Q1包含兩個獨立的輸出通道 (V{OUT}L) 和 (V{OUT}R)，為不平衡輸出，每個通道能夠驅(qū)動4VPP典型值到5kΩ交流耦合負載。內(nèi)部輸出放大器偏置到直流共模電壓（或雙極零電壓），等于 (0.5V{CC})。此外，還提供一個未緩沖的共模電壓輸出引腳 (V{COM})（引腳10），可用于偏置外部電路。

編程與寄存器控制

PCM1753-Q1軟件控制

PCM1753-Q1的可編程功能通過ML、MC和MD引腳進行軟件控制。串行控制接口是一個3線串行端口，異步于音頻串行接口?？刂平涌诎∕D（引腳13）、MC（引腳14）和ML（引腳15）引腳，用于編程片上模式寄存器。

寄存器映射

PCM1753-Q1的模式控制寄存器包含多個用戶可編程功能，如數(shù)字衰減控制、軟靜音控制、過采樣率控制、DAC操作控制等。通過設(shè)置相應(yīng)寄存器的位，可以實現(xiàn)不同的功能配置。

應(yīng)用與設(shè)計要點

電源供應(yīng)

建議使用4.5V至5.5V的干凈電源，并使用高質(zhì)量的去耦電容來降低噪聲。數(shù)字和模擬部分建議使用單獨的電源，以防止數(shù)字電源的開關(guān)噪聲影響模擬電源，從而降低DAC的動態(tài)性能。

布局設(shè)計

推薦使用接地平面，將模擬和數(shù)字部分通過電路板上的分割或切割進行隔離。PCM175x-Q1的數(shù)字I/O引腳應(yīng)朝向接地平面分割處，以實現(xiàn)與數(shù)字音頻接口和控制信號的短而直接的連接。

輸出濾波器設(shè)計

由于Δ-Σ DAC會產(chǎn)生帶外噪聲，需要使用低通濾波器來優(yōu)化轉(zhuǎn)換器性能。推薦使用二階巴特沃斯濾波器，采用多反饋（MFB）電路布局，以降低對無源元件變化的敏感性。同時，建議使用高質(zhì)量的音頻運算放大器，如TI的OPA2353和OPA2134。

總結(jié)

PCM175x-Q1系列24位音頻DAC以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的設(shè)計，為音頻工程師提供了一個強大的工具。無論是在汽車音頻還是其他音頻應(yīng)用中，它都能夠滿足高質(zhì)量音頻轉(zhuǎn)換的需求。在設(shè)計過程中，合理的電源供應(yīng)、布局設(shè)計和輸出濾波器設(shè)計是確保其性能發(fā)揮的關(guān)鍵。你在使用類似DAC時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。