德州儀器PCM1691音頻DAC：高性能音頻轉換的理想之選

在音頻處理領域，數(shù)字到模擬轉換器（DAC）的性能直接影響著音頻質(zhì)量。德州儀器（TI）的PCM1691就是一款具有卓越性能的24位、192kHz采樣、增強多級ΔΣ八通道音頻DAC。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：PCM1691DCA.pdf

產(chǎn)品概述

PCM1691是一款針對消費音頻應用的高性能多通道DAC，適用于藍光光盤播放器、DVD播放器、家庭多聲道音頻系統(tǒng)（如家庭影院系統(tǒng)和AV接收器）等。它采用單端輸出配置，支持16/20/24/32位線性PCM輸入數(shù)據(jù)，涵蓋了I2S、左對齊、右對齊、DSP和TDM等多種音頻格式，采樣頻率范圍從8kHz到192kHz。其中，TDM格式對于節(jié)省DAC與數(shù)字音頻處理器之間多聲道音頻數(shù)據(jù)通信的接口總線數(shù)量非常有用。該產(chǎn)品提供了兩種軟件控制模式（兩線I2C和三線SPI）和一種硬件控制模式。

產(chǎn)品特性

高性能DAC

• 24位8通道設計：采用增強多級ΔΣ調(diào)制器，在單端輸出模式下，(f_{S}=48kHz)時，總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -94dB，信噪比（SNR）高達111dB，動態(tài)范圍達111dB。
• 寬采樣率范圍：支持8kHz到192kHz的采樣率，系統(tǒng)時鐘頻率可選128 (f{S})、192 (f{S})、256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})、768 (f{S})、1152 (f_{S})。
• 單端電壓輸出：輸出電壓為4 (V_{PP})，內(nèi)置模擬低通濾波器，4x/8x過采樣數(shù)字濾波器，通帶紋波僅 ±0.0018dB，阻帶衰減達 -75dB，還具備零標志（16/20/24位）。

靈活的音頻接口

支持I2S、左/右對齊、DSP、TDM等多種接口格式，數(shù)據(jù)長度可選16、20、24、32位。

靈活的模式控制

可通過三線SPI或兩線I2C兼容的串行控制接口進行軟件控制，也支持硬件控制。通過SPI或I2C接口可實現(xiàn)音頻接口格式選擇、數(shù)字衰減、軟靜音、數(shù)字去加重、數(shù)據(jù)極性控制和電源關斷等功能；硬件控制可實現(xiàn)音頻接口格式選擇和44.1kHz數(shù)字去加重濾波器功能。

其他特性

• 模擬靜音：通過時鐘停止檢測實現(xiàn)模擬靜音。
• 外部復位引腳：方便進行復位操作。
• 電源供應：采用5V模擬電源和3.3V數(shù)字電源。
• 封裝形式：HTSSOP - 48封裝。
• 工作溫度范圍： -40°C到 +85°C。

電氣特性

數(shù)字輸入/輸出

• 數(shù)據(jù)格式：音頻數(shù)據(jù)接口格式多樣，數(shù)據(jù)字長可選16、20、24、32位，采用MSB優(yōu)先、二進制補碼格式。
• 輸入邏輯：不同引腳的輸入邏輯電平有明確要求，輸入邏輯電流也有相應規(guī)定。
• 輸出邏輯：特定引腳的輸出邏輯電平有具體數(shù)值。
• 參考輸出：VCOM輸出電壓為0.5 × VCC1，輸出阻抗為7.5kΩ，允許的源/灌電流為1μA。

DAC特性

• 分辨率：16 - 24位。
• 直流精度：通道間增益失配和增益誤差在 ±2.0% - ±6.0% FSR之間，雙極性零誤差在 ±1.0% FSR以內(nèi)。
• 動態(tài)性能：在不同采樣頻率下，THD + N、動態(tài)范圍和SNR表現(xiàn)出色，通道分離度高。
• 模擬輸出：單端輸出電壓為0.8 × VCC1 (V_{PP})，中心電壓為0.5 × VCC1，負載阻抗為5kΩ，LPF頻率響應在不同頻率下有相應衰減。
• 數(shù)字濾波器性能：根據(jù)不同的系統(tǒng)時鐘頻率，通帶和阻帶頻率有所不同，通帶紋波和阻帶衰減也有明確指標。

電源供應要求

• 電壓范圍：模擬電源VCC1/2為4.5 - 5.5V，數(shù)字電源VDD為3.0 - 3.6V。
• 供應電流：不同采樣頻率下的供應電流不同，全功率關斷時電流大幅降低。
• 功率耗散：不同采樣頻率下的功率耗散也有所差異，全功率關斷時功率耗散極低。

引腳配置與功能

PCM1691的HTSSOP - 48封裝引腳具有明確的功能，包括音頻數(shù)據(jù)輸入、時鐘輸入、電源引腳、控制引腳和模擬輸出引腳等。例如，LRCK為音頻數(shù)據(jù)字時鐘輸入，BCK為音頻數(shù)據(jù)位時鐘輸入，DIN1 - 4為音頻數(shù)據(jù)輸入，VOUT1 - 8為模擬輸出。

典型特性

文檔中給出了數(shù)字濾波器、數(shù)字去加重濾波器、動態(tài)性能和輸出頻譜等方面的典型特性圖，這些特性圖有助于工程師了解產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)。

應用信息

模擬輸出

PCM1691的單端輸出能夠驅動5kΩ交流耦合負載，輸出放大器內(nèi)置RC連續(xù)時間濾波器，但為了達到更好的帶外噪聲抑制效果，通常需要外部低通濾波器。

電壓參考VCOM

VCOM引腳用于輸出共模電壓，應通過去耦電容連接到模擬地，也可用于偏置外部高阻抗電路。

系統(tǒng)時鐘輸入

PCM1691需要外部系統(tǒng)時鐘輸入，系統(tǒng)時鐘頻率為采樣頻率的整數(shù)倍，不同采樣頻率對應不同的系統(tǒng)時鐘頻率，同時對系統(tǒng)時鐘的周期、高電平和低電平寬度以及占空比有一定要求。

采樣模式

支持單速率、雙速率和四速率三種采樣模式，默認根據(jù)系統(tǒng)時鐘頻率和采樣頻率的比例自動選擇，也可通過串行模式控制寄存器手動選擇。不同采樣模式下，數(shù)字濾波器和ΔΣ調(diào)制器的過采樣率和無噪聲整形帶寬有所不同。

復位操作

PCM1691具有內(nèi)部上電復位電路和外部復位電路，內(nèi)部上電復位在VDD超過2.2V時自動觸發(fā)，經(jīng)過3846個SCKI時鐘周期后釋放。

總結

PCM1691憑借其高性能、靈活的接口和控制模式，以及豐富的功能特性，成為消費音頻應用中理想的DAC選擇。工程師在設計音頻系統(tǒng)時，可以根據(jù)具體需求充分利用PCM1691的各項特性，實現(xiàn)高質(zhì)量的音頻轉換。你在使用類似DAC產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。