德州儀器PCM1770與PCM1771芯片：低電壓立體聲音頻DAC的卓越之選

在當(dāng)今的音頻設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低電壓、低功耗且高性能的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）始終是工程師們夢(mèng)寐以求的關(guān)鍵組件。德州儀器（TI）的PCM1770和PCM1771便是這樣兩款出色的CMOS單片集成電路，專為滿足便攜式音頻設(shè)備及其他低電壓應(yīng)用的嚴(yán)格需求而精心打造。

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芯片特性概覽

模擬性能卓越

PCM1770和PCM1771內(nèi)置耳機(jī)放大器，在單電源供電（(V{CC})，(V{HP}=2.4V)）的條件下，展現(xiàn)出了令人矚目的模擬性能。其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)98dB（典型值），在0dB時(shí)總諧波失真加噪聲（THD + N）僅為0.1%（典型值），在 - 20dB時(shí)更是低至0.04%（典型值）。此外，在負(fù)載電阻(R_{L}=16Ω)時(shí)，立體聲輸出功率可達(dá)13mW，單聲道輸出功率高達(dá)26mW，能為用戶帶來(lái)清晰、純凈的音頻體驗(yàn)。

低電壓與低功耗

這兩款芯片采用1.6 - 3.6V的單電源供電，顯著降低了功耗。在(V{CC}=V{HP}=2.4V)的情況下，功耗僅為6.5mW，非常適合對(duì)電池續(xù)航要求較高的便攜式設(shè)備。

靈活的時(shí)鐘與采樣頻率

系統(tǒng)時(shí)鐘支持(128f{S})、(192f{S})、(256f{S})和(384f{S})多種頻率，采樣頻率覆蓋5kHz - 50kHz，能夠靈活適應(yīng)不同的音頻應(yīng)用場(chǎng)景。

豐富的控制方式

PCM1770支持軟件控制，提供16、20、24位的字長(zhǎng)選擇，支持左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S等多種數(shù)據(jù)格式，還具備從/主模式可選、數(shù)字衰減（0dB至 - 62dB，1dB/步）、44.1kHz數(shù)字去加重、零交叉衰減、數(shù)字軟靜音、單聲道模擬輸入混合和單聲道揚(yáng)聲器模式等功能。而PCM1771則采用硬件控制，同樣支持左對(duì)齊和I2S數(shù)據(jù)格式、44.1kHz數(shù)字去加重和單聲道模擬輸入混合。

無(wú)爆音電路設(shè)計(jì)

芯片配備了無(wú)爆音電路，有效避免了在開機(jī)、關(guān)機(jī)或音量調(diào)節(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的爆音干擾，提升了音頻的播放質(zhì)量。

寬電壓容限與多樣封裝

數(shù)字輸入和輸出均與CMOS兼容，所有邏輯輸入可承受3.3V電壓，并且提供TSSOP - 16和VQFN - 20兩種封裝形式，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位

PCM1770和PCM1771需要系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字插值濾波器和多級(jí)? - Σ調(diào)制器。系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)SCKI引腳輸入，為了獲得最佳性能，應(yīng)選擇低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源。在電源上電和時(shí)鐘穩(wěn)定后，必須將PD引腳從低電平設(shè)置為高電平，以完成上電復(fù)位操作。在上電和斷電過(guò)程中，嚴(yán)格遵循特定的時(shí)序要求，可以有效避免爆音的產(chǎn)生。

音頻串行接口

音頻串行接口由3線同步串口組成，包括LRCK、DATA和BCK引腳。BCK作為串行音頻位時(shí)鐘，將DATA引腳上的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器中；LRCK作為串行音頻左右字時(shí)鐘，將串行數(shù)據(jù)鎖存到串行音頻接口的內(nèi)部寄存器中。PCM1770的LRCK和BCK支持從模式和主模式，可通過(guò)FMT寄存器進(jìn)行設(shè)置。

數(shù)據(jù)格式與時(shí)序

PCM1770支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1771則支持I2S和左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式可通過(guò)控制寄存器或引腳進(jìn)行選擇，默認(rèn)數(shù)據(jù)格式為24位左對(duì)齊從模式。所有格式均要求二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

控制方式

硬件控制（PCM1771）

PCM1771的數(shù)字功能可通過(guò)硬件進(jìn)行控制，用戶可以選擇16 - 24位的左對(duì)齊或I2S數(shù)據(jù)格式，通過(guò)DEMP引腳控制44.1kHz數(shù)字去加重功能的開啟或關(guān)閉，通過(guò)AMIX引腳控制模擬混合功能的開啟或關(guān)閉。

軟件控制（PCM1770）

PCM1770具有豐富的可編程功能，可通過(guò)MS、MC和MD引腳對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程控制。軟件控制接口是一個(gè)異步于串行音頻接口的3線串行端口，用于對(duì)片上模式寄存器進(jìn)行編程。

寄存器功能

PCM1770的模式控制寄存器包含了多個(gè)用戶可編程的功能，如軟靜音控制、數(shù)字衰減設(shè)置、過(guò)采樣率控制、極性控制、模擬混合控制、數(shù)字去加重控制、音頻數(shù)據(jù)格式選擇、零交叉衰減和電源關(guān)斷控制等。這些功能可以通過(guò)對(duì)相應(yīng)寄存器的位進(jìn)行設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

連接與布線

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)按照推薦的連接圖進(jìn)行布線，確保電源旁路和去耦組件的正確使用。對(duì)于SCKI、LRCK、BCK和DATA輸入，建議使用22Ω - 100Ω的串聯(lián)電阻，以減少高頻噪聲干擾和抑制時(shí)鐘及數(shù)據(jù)線上的毛刺和振鈴。

電源與接地

PCM1770和PCM1771需要2.4V的典型模擬電源，為了獲得最佳性能，建議使用線性穩(wěn)壓器從模擬電源中獲取2.4V電源。同時(shí)，要注意電源的旁路和接地設(shè)計(jì)，使用合適的電容進(jìn)行濾波。

輸出保護(hù)

由于芯片內(nèi)部未實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)電路，因此不允許將(H{OUT}L)和(H{OUT}R)引腳持續(xù)短路到地、電源或相互短路。如果應(yīng)用中存在短路的可能性，應(yīng)在(H_{OUT}x)引腳的相位補(bǔ)償電路和應(yīng)用電路（如耳機(jī)插孔）之間添加8Ω或更高的串聯(lián)電阻。

模擬輸入處理

芯片的模擬輸入AIN（引腳10）可與耳機(jī)輸出進(jìn)行內(nèi)部混合。在混合模式下，需要為AIN添加交流耦合電容。同時(shí)，由于AIN沒(méi)有內(nèi)部低通濾波器，建議將輸入信號(hào)的帶寬限制在100kHz以下，并確保連接到AIN的信號(hào)源具有低阻抗。

總結(jié)

德州儀器的PCM1770和PCM1771芯片以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的控制方式，為低電壓立體聲音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了理想的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們只需根據(jù)具體需求合理選擇芯片和配置參數(shù)，同時(shí)注意電路設(shè)計(jì)和布線的要點(diǎn)，就能夠充分發(fā)揮這兩款芯片的優(yōu)勢(shì)，打造出高品質(zhì)的音頻產(chǎn)品。

作為電子工程師，在使用這類高性能芯片時(shí)，我們應(yīng)該不斷探索和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，以滿足市場(chǎng)對(duì)音頻設(shè)備日益增長(zhǎng)的需求。你在以往的項(xiàng)目中是否使用過(guò)類似的音頻DAC芯片？遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)和問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。