高性能音頻利器：AD1895異步采樣率轉(zhuǎn)換器解析

在音頻處理領(lǐng)域，采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)至關(guān)重要，它直接影響著音頻的質(zhì)量和兼容性。今天我們就來(lái)深入了解一款高性能的異步采樣率轉(zhuǎn)換器——AD1895。

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產(chǎn)品亮點(diǎn)

強(qiáng)大特性

AD1895具有諸多令人矚目的特性。它能夠自動(dòng)感知采樣頻率，無(wú)需編程，使用起來(lái)非常便捷。在時(shí)鐘處理方面，它可以有效衰減采樣時(shí)鐘抖動(dòng)，確保音頻信號(hào)的穩(wěn)定性。其輸入電壓范圍為3.3V到5V，核心供電電壓為3.3V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。該芯片支持16 - 24位數(shù)據(jù)輸入，最高采樣率可達(dá)192kHz，輸入/輸出采樣比范圍從7.75:1到1:8，可滿(mǎn)足不同的采樣率轉(zhuǎn)換需求。此外，它還具備旁路模式和多片AD1895的TDM菊花鏈模式，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

在音頻性能上，AD1895表現(xiàn)卓越。它擁有128dB的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍（A加權(quán)，20Hz到20kHz帶寬），總諧波失真加噪聲（THD + N）最高可達(dá) - 122dB，采用線(xiàn)性相位FIR濾波器，并且具備硬件可控的軟靜音功能。同時(shí)，它支持(256 ×f{S})、(512 ×f{s})或(768 ×f_{s})的主模式時(shí)鐘，擁有靈活的3線(xiàn)串行數(shù)據(jù)端口，支持左對(duì)齊、I2S、右對(duì)齊（16 - 24位）和TDM串行端口模式，以及主/從輸入和輸出模式。

廣泛應(yīng)用

由于其出色的性能，AD1895在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如家庭影院系統(tǒng)、汽車(chē)音頻系統(tǒng)、DVD、DVD - R、CD - R、機(jī)頂盒以及數(shù)字音頻效果處理器等。

產(chǎn)品概述

AD1895是一款24位、高性能的單芯片第二代異步采樣率轉(zhuǎn)換器。它基于ADI第一代異步采樣率轉(zhuǎn)換器AD1890的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，性能得到顯著提升，并增加了許多新特性。

在性能提升方面，THD + N范圍根據(jù)采樣率和輸入頻率在 - 115dB到 - 122dB之間，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到128dB（A加權(quán)），輸入和輸出采樣率均可達(dá)到192kHz，抖動(dòng)抑制能力增強(qiáng)，上采樣比為1:8，下采樣比為7.75:1。新特性包括更多的串行格式、旁路模式以及更好的與數(shù)字信號(hào)處理器的接口。

其3線(xiàn)接口的串行輸入和輸出端口支持左對(duì)齊、I2S和右對(duì)齊（16 - 24位）模式，串行輸出端口還支持TDM模式，可用于將多個(gè)AD1895與數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行菊花鏈連接。當(dāng)選擇20、18或16位輸出數(shù)據(jù)時(shí)，串行輸出數(shù)據(jù)會(huì)被抖動(dòng)處理到相應(yīng)位數(shù)。AD1895能夠?qū)⒋休斎攵丝诘臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行輸出端口的采樣率，且輸入端口的采樣率可以與輸出端口的采樣率異步，主時(shí)鐘MCLK也可以與輸入和輸出串行端口異步。

功能模塊與工作原理

時(shí)鐘模塊

MCLK可以由片外產(chǎn)生，也可以由AD1895的主時(shí)鐘振蕩器在片內(nèi)產(chǎn)生。為了減少電路板上的噪聲和EMI輻射，當(dāng)MCLK與輸入或輸出串行端口異步時(shí)，可以使用晶體在內(nèi)部生成MCLK。當(dāng)MCLK與輸出或輸入串行端口同步時(shí)，AD1895可以配置為主模式，此時(shí)MCLK被分頻，用于為與MCLK同步的串行端口生成左右時(shí)鐘和位時(shí)鐘。AD1895支持輸入和輸出串行端口的主模式為(256 ×f{S})、(512 ×f{S})和(768 ×f_{S})。

數(shù)據(jù)處理模塊

從概念上講，AD1895以200的速率對(duì)串行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，并以輸出采樣率對(duì)插值后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣。在實(shí)際應(yīng)用中，它使用一個(gè)64抽頭、220個(gè)多相的FIR濾波器、一個(gè)FIFO、一個(gè)能在5ps內(nèi)測(cè)量輸入和輸出樣本時(shí)間差的數(shù)字伺服環(huán)路，以及一個(gè)跟蹤采樣率比的數(shù)字電路來(lái)執(zhí)行插值和輸出采樣。數(shù)字伺服環(huán)路和采樣率比電路會(huì)自動(dòng)跟蹤輸入和輸出采樣率。

詳細(xì)規(guī)格

電氣參數(shù)

• 電源電壓：VDD_CORE為3.3V（±5%），VDD_IO為5.0V（±10%）。
• 數(shù)字性能：在MCLK_IN = 30MHz時(shí)，采樣率范圍為6 - 215kHz，采樣率比為1:8到7.75:1。不同采樣率轉(zhuǎn)換下的A加權(quán)信噪比可達(dá)125 - 128dB，THD + N在 - 115dB到 - 122dB之間。
• 數(shù)字時(shí)序：對(duì)MCLK_IN的周期、頻率、脈沖寬度，以及輸入和輸出串行端口的時(shí)序都有詳細(xì)要求。例如，MCLK_IN周期最小為33.3ns，頻率最大為30.0MHz等。
• 數(shù)字濾波器：通帶為0 - 0.4535 fS_OUT，通帶波紋為±0.016dB，過(guò)渡帶為0.4535 fS_OUT - 0.5465 fS_OUT，阻帶從0.5465 fS_OUT開(kāi)始，阻帶衰減為 - 125dB。
• 數(shù)字I/O特性：輸入電壓高（VIH）最小為2.4V，輸入電壓低（VIL）最大為0.8V，輸入泄漏電流在±2μA以?xún)?nèi)，輸入電容為5 - 10pF，輸出電壓高（VOH）和低（VOL）也有相應(yīng)的范圍。
• 電源功耗：不同采樣率下的有源電源電流不同，如48kHz:48kHz時(shí)I_CORE_ACTIVE為20mA，96kHz:96kHz時(shí)為26mA，192kHz:192kHz時(shí)為43mA。電源關(guān)閉時(shí)，I_CORE_PWRDN為0.5mA，I_IO_PWRDN為10μA。

溫度范圍

規(guī)格保證溫度為25°C，功能保證溫度范圍為 - 40°C到 + 105°C，存儲(chǔ)溫度最高可達(dá) + 150°C，熱阻θJA為109°C/W。

絕對(duì)最大額定值

VDD_CORE的范圍為 - 0.3V到 + 3.6V，VDD_IO為 - 0.3V到 + 6.0V，數(shù)字輸入電流最大為±10mA，輸入電壓范圍為DGND - 0.3V到VDD_IO + 0.3V，工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C到 + 105°C。

引腳功能與配置

AD1895采用28引腳的SSOP塑料封裝，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，MCLK_IN用于輸入主時(shí)鐘或晶體信號(hào)，SDATA_I用于輸入串行數(shù)據(jù)，SDATA_O用于輸出串行數(shù)據(jù)等。通過(guò)不同的引腳組合，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能模式選擇，如串行接口模式選擇、輸出字長(zhǎng)選擇等。

典型性能特性

文檔中給出了大量的典型性能特性圖表，包括不同采樣率轉(zhuǎn)換下的寬帶FFT圖、互調(diào)失真（IMD）圖、THD + N與輸出采樣率的關(guān)系圖、DNR（未加權(quán)）與輸出采樣率的關(guān)系圖、線(xiàn)性誤差圖等。這些圖表直觀(guān)地展示了AD1895在各種工作條件下的性能表現(xiàn)，為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

總結(jié)與思考

AD1895作為一款高性能的異步采樣率轉(zhuǎn)換器，憑借其豐富的特性、卓越的性能和廣泛的應(yīng)用范圍，在音頻處理領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于電子工程師來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，AD1895是一個(gè)值得考慮的選擇。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要根據(jù)具體的需求和系統(tǒng)環(huán)境，合理選擇芯片的工作模式和參數(shù)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意靜電防護(hù)，因?yàn)锳D1895是靜電敏感設(shè)備，不當(dāng)?shù)牟僮骺赡軙?huì)導(dǎo)致芯片損壞。大家在使用AD1895的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。