德州儀器PCM1770與PCM1771：低電壓低功耗立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在當(dāng)今的音頻設(shè)備設(shè)計(jì)中，低電壓、低功耗且高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）至關(guān)重要。德州儀器（TI）的PCM1770和PCM1771就是這樣兩款優(yōu)秀的產(chǎn)品，它們?yōu)楸銛y式音頻播放器、手機(jī)、PDA等設(shè)備提供了理想的音頻解決方案。

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產(chǎn)品概述

PCM1770和PCM1771是CMOS單芯片集成電路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封裝，集成了立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器、耳機(jī)電路和支持電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器運(yùn)用TI增強(qiáng)的多級(jí)? - Σ架構(gòu)，通過噪聲整形和多級(jí)幅度量化，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)態(tài)性能，并提高了對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的容忍度。這兩款器件能接受多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的音頻數(shù)據(jù)格式，支持高達(dá)50kHz的采樣率，還可通過3線串行控制端口訪問全套用戶可編程功能。

關(guān)鍵特性

模擬性能卓越

在 (V{CC}) 和 (V{HP}) 為2.4V的條件下，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)98dB（典型值），0dB時(shí)的總諧波失真加噪聲（THD + N）為0.1%（典型值）， - 20dB時(shí)為0.04%（典型值）。在 (R_{L}=16 Omega) 時(shí)，立體聲輸出功率為13mW，單聲道輸出功率為26mW。

電源要求靈活

支持1.6V至3.6V的單電源供電，在 (V{CC}=V{HP}=2.4V) 時(shí)，功耗僅為6.5mW，非常適合便攜式設(shè)備。

時(shí)鐘和采樣頻率多樣

系統(tǒng)時(shí)鐘支持 (128 f{S}) 、 (192 f{S}) 、 (256 f{S}) 和 (384 f{S}) ，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz，能滿足不同音頻應(yīng)用的需求。

控制方式豐富

PCM1770支持軟件控制，可選擇16、20、24位字長，支持左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S格式，可選擇從/主模式，還具備數(shù)字衰減、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。PCM1771則采用硬件控制，支持左對(duì)齊和I2S格式以及44.1kHz數(shù)字去加重和單聲道模擬輸入混合。

抗噪設(shè)計(jì)出色

具備無噗聲噪聲電路，數(shù)字輸入和輸出與CMOS兼容，所有邏輯輸入能耐受3.3V電壓，且內(nèi)部未端接。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在正常工作的自由空氣溫度范圍內(nèi)，電源電壓 (V{CC}) 和 (V{HP}) 范圍為 - 0.3V至4V，數(shù)字輸入電壓同樣為 - 0.3V至4V，輸入電流（除電源外的任何端子）為 ±10mA，工作溫度范圍為 - 40°C至125°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 55°C至150°C，結(jié)溫為150°C，焊接時(shí)引腳溫度和IR回流焊時(shí)封裝溫度峰值為260°C（5s）。

推薦工作條件

電源電壓 (V{CC}) 和 (V{HP}) 推薦范圍為1.6V至3.6V，數(shù)字輸入邏輯系列為CMOS，數(shù)字輸入時(shí)鐘頻率方面，系統(tǒng)時(shí)鐘為0.64MHz至19.2MHz，采樣時(shí)鐘為5kHz至50kHz，模擬輸出負(fù)載電阻為16Ω，模擬輸入電平（ (V_{HP}=2.4V) ）最大為1.4Vp - p，工作自由空氣溫度范圍為 - 25°C至85°C。

電氣性能指標(biāo)

分辨率為24位，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率支持 (128 f{S}) 、 (192 f{S}) 、 (256 f{S}) 和 (384 f{S}) 。動(dòng)態(tài)性能方面，滿量程輸出電壓0dB時(shí)為0.55 (V{HP}) （Vp - p），動(dòng)態(tài)范圍和信噪比（EIAJ，A加權(quán)）典型值為98dB，THD + N在0dB（13mW）時(shí)為0.1%， - 20dB（0.1mW）時(shí)為0.04%，立體聲輸出功率為10 - 13mWrms，單聲道為20 - 26mWrms，聲道分離度為64 - 72dB。直流精度方面，增益誤差為 ±2%至 ±8%FSR，聲道間增益失配為 ±2%至 ±8%FSR，雙極零誤差為 ±30至 ±75mV。模擬線路輸入方面，模擬輸入電壓范圍為0.584 (V{HP}) （Vp - p），增益為0.67，模擬輸入阻抗為10kΩ，THD + N（AIN = 0.56 (V{HP}) 峰 - 峰值）為0.1%。數(shù)字濾波器性能方面，通帶為0.454 (f{S}) ，阻帶為0.546 (f{S}) ，通帶紋波為 ±0.04dB，阻帶衰減為 - 50dB，群延遲為 (20/f{S}) ，44.1kHz去加重誤差為 ±0.1dB。

引腳功能

不同封裝的PCM1770和PCM1771引腳功能各有特點(diǎn)，但都包含模擬地（AGND、HGND）、音頻數(shù)據(jù)輸入（DATA）、位時(shí)鐘（BCK）、左右時(shí)鐘（LRCK）、電源（ (V{CC}) 、 (V{HP}) ）等關(guān)鍵引腳。例如，PCM1770PW的AIN引腳為單聲道模擬信號(hào)混合輸入，可與L和R聲道DAC的輸出混合；BCK引腳在從模式下由外部設(shè)備輸入時(shí)鐘，主模式下由PCM1770生成輸出給外部設(shè)備。

詳細(xì)操作說明

系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

PCM1770和PCM1771需要系統(tǒng)時(shí)鐘來驅(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)鐘通過終端16（SCKI）輸入。為獲得最佳性能，應(yīng)使用低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源。不同音頻采樣率對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，如48kHz采樣率時(shí)， (128 f{S}) 對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為6.144MHz。系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖高電平持續(xù)時(shí)間和低電平持續(xù)時(shí)間最小為7ns，脈沖周期時(shí)間為 (1/(128 f{S})) 、 (1/(192 f{S})) 、 (1/(256 f{S})) 或 (1/(384 f_{S})) 。

電源開關(guān)復(fù)位

在電源電壓 (V{CC}) 和 (V{HP}) 達(dá)到指定范圍且穩(wěn)定的時(shí)鐘（SCKI、BCK、LRCK）供應(yīng)后，PCM1770/71的PD引腳必須從LOW變?yōu)镠IGH一次。時(shí)鐘和電源要求滿足后，PD引腳從LOW變?yōu)镠IGH前需至少等待1ms。PD引腳從LOW到HIGH轉(zhuǎn)換后，內(nèi)部邏輯狀態(tài)在開機(jī)序列開始前保持復(fù)位1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。開機(jī)時(shí)， (H{OUT } L) 和 (H{OUT } R) 從地電平逐漸上升，經(jīng)過 (9334/f{S}) 達(dá)到對(duì)應(yīng)輸入數(shù)據(jù)的輸出電平；關(guān)機(jī)時(shí)，先將PD引腳從HIGH設(shè)為LOW， (H{OUT } L) 和 (H{OUT } R) 經(jīng)過 (9334/f{S}) 逐漸降至地電平，之后可移除電源，以避免產(chǎn)生噗聲噪聲。

電源上下電序列和復(fù)位

PCM1770有通過PD端子的硬件控制和通過PWRD（寄存器4，B0）的軟件控制兩種上下電方法，PCM1771只有通過PD端子的硬件控制。使用PD端子上下電時(shí)，所有數(shù)字電路復(fù)位；使用PWRD上下電時(shí)，除保持寄存器邏輯狀態(tài)外，所有數(shù)字電路復(fù)位。

音頻串行接口

PCM1770和PCM1771的音頻串行接口由3線同步串行端口組成，包括LRCK、DATA和BCK端子。BCK是串行音頻位時(shí)鐘，將DATA上的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入音頻接口串行移位寄存器；LRCK是串行音頻左右字時(shí)鐘，將串行數(shù)據(jù)鎖存到串行音頻接口內(nèi)部寄存器。PCM1770的LRCK和BCK支持從模式和主模式，通過FMT（寄存器3）設(shè)置。從模式下，BCK和LRCK與音頻系統(tǒng)時(shí)鐘SCKI同步，理想情況下應(yīng)從SCKI導(dǎo)出；主模式下，BCK和LRCK由系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)出并作為輸出。PCM1770和PCM1771要求LRCK與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，若系統(tǒng)時(shí)鐘和LRCK的關(guān)系在一個(gè)采樣周期內(nèi)變化超過 ±3 BCK，器件內(nèi)部操作將在 (1/f_{S}) 內(nèi)停止，模擬輸出保持最后數(shù)據(jù)，直到系統(tǒng)時(shí)鐘和LRCK重新同步完成。

音頻數(shù)據(jù)格式和時(shí)序

PCM1770支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1771支持I2S和左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式通過PCM1770的控制寄存器3的FMT[2:0]位或PCM1771的FMT端子選擇，默認(rèn)數(shù)據(jù)格式為24位、左對(duì)齊、從模式，所有格式要求二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

應(yīng)用建議

在實(shí)際應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮PCM1770和PCM1771的性能，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 時(shí)鐘源選擇：選擇低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源，以確保系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定性，從而提高音頻質(zhì)量。
• 電源管理：嚴(yán)格按照推薦的電源電壓范圍供電，注意電源的濾波和去耦，避免電源噪聲對(duì)音頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。
• 引腳連接：正確連接各個(gè)引腳，特別是模擬地和數(shù)字地的處理，以減少干擾。
• 時(shí)序控制：嚴(yán)格遵守電源開關(guān)復(fù)位和上下電序列的時(shí)序要求，避免產(chǎn)生噗聲噪聲。

PCM1770和PCM1771以其卓越的性能、靈活的控制方式和低功耗特性，為音頻設(shè)備設(shè)計(jì)提供了可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)便攜式音頻設(shè)備時(shí)，可以充分考慮這兩款產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗的音頻系統(tǒng)。你在使用這兩款產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。