探索PCM1681與PCM1681-Q1：八通道音頻DAC的卓越之選

在音頻處理領域，數字到模擬轉換器（DAC）的性能直接影響著音頻的質量。今天，我將帶大家深入了解Texas Instruments推出的PCM1681和PCM1681-Q1這兩款八通道24位音頻DAC，看看它們究竟有何獨特之處，能為音頻系統(tǒng)設計帶來怎樣的驚喜。

文件下載：pcm1681-q1.pdf

產品特性：實力鑄就品質

高性能表現(xiàn)

• 分辨率與動態(tài)指標：PCM1681和PCM1681-Q1具備24位分辨率，能夠實現(xiàn)極為精準的音頻轉換。動態(tài)范圍典型值達到105 dB，信噪比（SNR）同樣為105 dB典型，總諧波失真加噪聲（THD+N）僅為0.002%典型，這些出色的數據確保了音頻信號的高保真還原。
• 模擬輸出能力：滿量程輸出電壓典型值為3.75 VPP，能夠驅動常見的音頻負載，為音頻系統(tǒng)提供足夠的功率支持。

  靈活的濾波與采樣

• 過采樣插值濾波器：配備4×/8×過采樣插值濾波器，阻帶衰減達到–57 dB，通帶紋波僅為±0.015 dB，有效減少了音頻信號的失真和噪聲。
• 采樣頻率范圍：支持5 kHz至200 kHz的采樣頻率，能夠適應多種音頻應用的需求。系統(tǒng)時鐘可選擇128 fS、192 fS、256 fS、384 fS、512 fS、768 fS或1152 fS，并具備自動檢測功能，方便與不同的音頻系統(tǒng)進行匹配。

  豐富的可編程功能

• 靈活的音頻數據格式：支持右對齊、I2S、左對齊、TDM、DSP等多種行業(yè)標準音頻數據格式，以及16位和24位音頻數據，滿足不同音頻設備的接口需求。
• 數字衰減與靜音：提供可選擇的數字衰減模式，范圍從0 dB至–63 dB（0.5 dB/step）或0 dB至–100 dB（1 dB/step），還具備軟靜音功能，方便用戶對音頻音量進行精確控制。
• 數字去加重與濾波：支持數字去加重功能，可針對32 kHz、44.1 kHz和48 kHz采樣頻率進行優(yōu)化。同時，用戶可以選擇數字濾波器的滾降特性（尖銳或緩慢），以滿足不同音頻場景的需求。

  多種控制模式

  支持SPI和I2C雙模式串行端口控制，以及并行硬件控制。通過MSEL引腳，用戶可以根據實際需求選擇不同的控制模式和過采樣配置，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)設計。

應用領域：多元應用顯神通

PCM1681和PCM1681-Q1憑借其卓越的性能和豐富的功能，適用于多種音頻應用場景。

汽車音頻領域

• 車載外部放大器：為車載音響系統(tǒng)提供高質量的音頻信號，提升車內音樂享受。
• 汽車AVN應用：滿足汽車多媒體導航系統(tǒng)對音頻處理的需求，確保語音和音樂的清晰播放。

  家用音頻設備

• 集成A/V接收器：實現(xiàn)家庭影院系統(tǒng)中音頻信號的高質量轉換，提供沉浸式的視聽體驗。
• DVD電影和音頻播放器：準確還原電影和音樂的原始音質，讓用戶感受到音樂和電影的魅力。

  其他音頻系統(tǒng)

• HDTV接收器：為高清電視提供優(yōu)質的音頻輸出，提升觀看體驗。
• 高端PC的DVD附加卡：增強PC的音頻處理能力，滿足用戶對高品質音頻的追求。
• 數字音頻工作站：為專業(yè)音頻制作提供精確的音頻轉換，確保音頻質量的穩(wěn)定性和一致性。

詳細設計剖析

系統(tǒng)時鐘與復位

• 系統(tǒng)時鐘要求：PCM1681和PCM1681-Q1需要一個系統(tǒng)時鐘來驅動數字插值濾波器和多級ΔΣ調制器。系統(tǒng)時鐘輸入建議使用低相位抖動和噪聲的時鐘源，如Texas Instruments的PLL170x多時鐘發(fā)生器。系統(tǒng)時鐘頻率可根據不同的采樣頻率進行選擇，具體可參考文檔中的表格。
• 上電復位功能：芯片具備上電復位功能，當系統(tǒng)時鐘激活且 (V{DD}>2.2 ~V) 時，上電復位功能開啟。初始化序列需要65,536個系統(tǒng)時鐘周期，在此期間，模擬輸出被強制為公共電壓（ (V{COM}) ）。復位完成后，芯片進入正常工作狀態(tài)。

  音頻接口與數據格式

• 音頻串行接口：采用6線同步串行端口，包括LRCK、BCK和DATA1 - DATA4。BCK作為串行音頻位時鐘，將數據時鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器；LRCK作為左右聲道字時鐘，用于鎖存數據。
• 音頻數據格式：支持多種行業(yè)標準音頻數據格式，如右對齊、I2S、左對齊、DSP和TDM。數據格式通過控制寄存器9中的格式位FMT[3:0]進行選擇，默認格式為16 - 24位左對齊。所有格式均要求二進制補碼、MSB優(yōu)先的音頻數據。

  去加重濾波器與過采樣率控制

• 去加重濾波器：內置數字去加重濾波器，適用于32 kHz、44.1 kHz和48 kHz采樣頻率，可有效改善音頻信號的質量。
• 過采樣率控制：芯片可根據系統(tǒng)時鐘頻率和過采樣模式自動控制ΔΣ DAC的過采樣率。過采樣模式可通過MSEL引腳（硬件控制模式）或控制寄存器12中的OVER位（軟件控制模式）進行選擇，分為窄模式和寬模式。

  零標志與模式控制

• 零標志功能：具有兩個零標志引腳ZR1和ZR2，可通過控制寄存器13中的AZRO[1:0]位選擇不同的零標志組合。當指定通道的輸入數據在1024個采樣周期內保持邏輯0電平時，零標志引腳輸出邏輯1；否則輸出邏輯0。
• 模式控制：支持三種接口模式控制和三種過采樣配置，通過MSEL引腳的輸入狀態(tài)進行選擇。不同的模式控制對應不同的引腳分配，可實現(xiàn)對芯片功能的靈活控制。

應用與實現(xiàn)建議

D/A輸出濾波器電路

由于ΔΣ DAC會產生帶外噪聲，因此需要使用低通濾波器來優(yōu)化轉換器性能。推薦使用二階巴特沃斯濾波器，采用多反饋（MFB）電路結構，可降低對無源元件變化的敏感度。同時，建議使用高質量的音頻運算放大器，如Texas Instruments的OPA2353和OPA2134。

典型應用設計

• 基本連接圖：參考文檔中的基本連接圖，確保芯片的電源旁路和去耦元件正確連接。使用TI的PLL170x生成系統(tǒng)時鐘輸入和音頻信號處理器的時鐘，同時在SCK、LRCK、BCK、DATA1 - DATA4等信號線上使用串聯(lián)電阻，可減少高頻噪聲和發(fā)射。
• 設計要求與步驟：在設計過程中，需要根據實際需求選擇合適的控制方式（硬件、I2C或SPI）、音頻輸入格式（PCM串行數據、TDM或DSP）和音頻輸出配置。確保音頻源和PCM1681使用相同的時鐘源，以保證音頻時鐘的同步。

總結

PCM1681和PCM1681-Q1以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的設計，為音頻工程師提供了一個強大的工具。無論是在汽車音頻、家用音頻還是專業(yè)音頻領域，這兩款芯片都能發(fā)揮出色的作用，幫助我們打造出高品質的音頻系統(tǒng)。在實際設計過程中，我們需要充分了解芯片的特性和要求，結合具體的應用場景進行合理的設計和優(yōu)化。大家在使用這兩款芯片的過程中，有沒有遇到過什么有趣的挑戰(zhàn)或者獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。