高性能音頻利器：WM8740立體聲DAC全解析

在音頻設備設計領域，DAC（數(shù)字模擬轉換器）芯片的性能直接決定了音頻的還原質量與聆聽體驗。今天我們就來詳細探討一款高性能的立體聲DAC——Cirrus Logic公司的WM8740，看看它的獨特魅力與設計要點。

文件下載：WM8740SEDS/RV.pdf

一、WM8740概述

WM8740是一款專為音頻應用設計的高性能立體聲DAC，適用于CD、DVD、家庭影院系統(tǒng)、機頂盒和數(shù)字電視等設備。它支持16至24位的數(shù)據(jù)輸入字長，采樣率最高可達192kHz。芯片采用小巧的28引腳SSOP封裝，集成了串行接口端口、數(shù)字插值濾波器、多位sigma-delta調制器和立體聲DAC，還具備每個通道的數(shù)字可控靜音和衰減功能。

二、關鍵特性

1. 出色的音頻指標

• 高信噪比（SNR）：單聲道在48kHz采樣率下，“A”加權SNR可達120dB；立體聲在48kHz采樣率下，“A”加權SNR為117dB。
• 低總諧波失真加噪聲（THD+N）：單聲道和立體聲在滿量程時，THD+N均可達 -104dB。

  2. 靈活的功能配置

• 可選數(shù)字濾波器滾降特性：內(nèi)部數(shù)字濾波器有尖銳或緩慢滾降兩種特性可供選擇，可根據(jù)應用需求靈活配置。
• 支持外部濾波器：內(nèi)部數(shù)字濾波器可旁路，方便與外部數(shù)字濾波器配合使用。
• 雙控制模式：支持SPI兼容的串行控制端口和硬件可控接口兩種音頻DAC控制方案。

三、引腳與配置

1. 引腳配置

WM8740的28個引腳各司其職，涵蓋了數(shù)字輸入、模擬輸出、電源供應和控制信號等多種功能。例如，LRCIN為采樣率時鐘輸入，DIN為音頻數(shù)據(jù)串行輸入等。這些引腳的合理連接是芯片正常工作的基礎，工程師在設計PCB時需要特別注意引腳的布局和布線，以減少干擾。

2. 訂購信息

目前有WM8740SEDS/V和WM8740SEDS/RV兩種型號可供選擇，它們的工作溫度范圍均為 -40°C至 +85°C，采用28引腳SSOP封裝，峰值焊接溫度為260°C，每卷數(shù)量為2000個。

四、電氣特性

1. 供電要求

• 數(shù)字電源（DVDD）：范圍為 -10%至 +10%的3.3V至5V。
• 模擬電源（AVDD）：同樣范圍為 -10%至 +10%的3.3V至5V，且DVDD必須等于或小于AVDD。

  2. 音頻性能指標

  在AVDD、DVDD = 5V，AGND、DGND = 0V，(T_{A}= +25^{circ}C)，(fs = 48kHz)，SCLK = 256fs的測試條件下：

• SNR：單聲道48kHz時為120dB，立體聲48kHz時為117dB，立體聲96kHz時為116dB。
• THD：單聲道和立體聲滿量程時均可達 -104dB。

  3. 濾波器特性

• 尖銳滾降：通帶為 ±0.0012dB，阻帶為 -3dB，通帶紋波為 ±0.0012dB，阻帶衰減在f > 0.5465fs時為 -82dB，延遲時間為30/fs秒。
• 緩慢滾降：通帶為 ±0.001dB，阻帶為 -3dB，通帶紋波為 ±0.001dB，阻帶衰減在f > 0.732fs時為 -82dB，延遲時間為9/fs秒。

五、工作模式與控制

1. 系統(tǒng)時鐘與采樣率

WM8740支持多種系統(tǒng)時鐘頻率與采樣率組合，在256fs或384fs的系統(tǒng)時鐘下，可自動選擇8ks/s至96ks/s的采樣率；在128fs或192fs的系統(tǒng)時鐘下，采樣率可達192ks/s，且自動進入64x過采樣模式，同時繞過數(shù)字濾波器的第一級。

2. 音頻數(shù)據(jù)接口

• 正常采樣率模式：左右聲道數(shù)據(jù)通過一個引腳串行輸入，數(shù)據(jù)格式可選擇右對齊、左對齊或I2S模式。
• 8X FS輸入采樣率模式：因接口速度較高，音頻數(shù)據(jù)通過兩個引腳輸入，軟件控制不可用，數(shù)據(jù)格式可選擇左或右對齊，字長可選20或24位。

  3. 控制模式

• 硬件控制模式：通過MODE引腳設置為低電平啟用，可控制去加重、音頻輸入格式、軟靜音等功能。
• 軟件控制接口：使用3線串行接口進行控制，MD/DM0用于程序數(shù)據(jù)，MC/DM1用于時鐘數(shù)據(jù)，ML/I2S用于鎖存數(shù)據(jù)。

六、寄存器映射與功能控制

1. 寄存器概述

WM8740使用4個16位的程序寄存器來控制特殊功能，這些寄存器通過輸入引腳MD/DM0加載數(shù)據(jù)，ML/I2S用于將數(shù)據(jù)鎖存到相應寄存器。

2. 主要寄存器功能

• 衰減控制：寄存器0和1分別控制左右聲道的衰減，通過設置AL[7:0]和AR[7:0]的值來調整衰減水平。
• 軟靜音控制：寄存器2的MUT位控制軟靜音功能，設置為高電平時靜音，低電平時正常工作。
• 去加重控制：寄存器2的DEM位控制去加重功能的開啟和關閉。
• 音頻數(shù)據(jù)格式選擇：通過寄存器2和3的相關位選擇音頻數(shù)據(jù)的輸入格式，如16位、20位、24位的右對齊、左對齊或I2S模式。

七、外部組件與應用建議

1. 推薦外部組件

為了確保WM8740的最佳性能，建議使用特定的外部組件，如去耦電容、輸出交流耦合電容和參考去耦電容等。這些組件的選型和布局對芯片的穩(wěn)定性和音頻質量有重要影響。

2. 差分輸出濾波電路

文檔中提供了建議的差分輸出濾波電路，可有效濾除高頻噪聲，提高音頻輸出的純凈度。

3. 雙差分硬件設置

推薦的雙差分硬件設置方案可提高音頻系統(tǒng)的性能，適用于對音頻質量要求較高的應用場景。

八、總結

WM8740以其出色的音頻性能、靈活的功能配置和豐富的控制模式，成為音頻設備設計中的理想選擇。無論是家庭影院、專業(yè)音頻系統(tǒng)還是消費級音頻產(chǎn)品，WM8740都能為用戶帶來高品質的音頻體驗。工程師在設計過程中，需要根據(jù)具體應用需求，合理選擇引腳配置、工作模式和外部組件，以充分發(fā)揮WM8740的性能優(yōu)勢。你在使用WM8740的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。