德州儀器PCM2904/PCM2906立體聲音頻編解碼器：特性、應(yīng)用與設(shè)計指南

在當(dāng)今數(shù)字化音頻的時代，高質(zhì)量的音頻編解碼器對于各種音頻設(shè)備至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的PCM2904和PCM2906立體聲音頻編解碼器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為眾多音頻應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這兩款編解碼器。

文件下載：PCM2904DBR.pdf

產(chǎn)品概述

PCM2904和PCM2906是德州儀器推出的單芯片USB立體聲音頻編解碼器，集成了符合USB全速協(xié)議的控制器。兩者的主要區(qū)別在于，PCM2906帶有S/PDIF接口，而PCM2904則沒有。它們采用了TI獨(dú)特的SpAct?架構(gòu)，能夠從USB數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)中恢復(fù)音頻時鐘，實(shí)現(xiàn)低時鐘抖動的播放和錄制，并且支持獨(dú)立的播放和錄制采樣率。

特性亮點(diǎn)

1. USB接口

• 全速傳輸：內(nèi)置全速收發(fā)器，完全符合USB 1.1規(guī)范，并通過了USB-IF認(rèn)證。
• 可編程描述符：部分描述符可編程，方便用戶根據(jù)需求進(jìn)行定制。
• 自適應(yīng)與異步模式：支持USB自適應(yīng)播放模式和異步錄制模式，總線供電，使用方便。

2. 高精度ADC和DAC

• 16位Delta - Sigma架構(gòu)：提供高精度的音頻轉(zhuǎn)換，確保音頻質(zhì)量。
• 多樣采樣率：DAC支持32、44.1、48 kHz采樣率，ADC支持8、11.025、16、22.05、32、44.1、48 kHz采樣率，滿足不同應(yīng)用需求。

3. 出色的模擬性能

• 立體聲ADC：在$V_{BUS}=5V$時，THD + N低至0.01%，SNR達(dá)到89 dB，動態(tài)范圍為89 dB。
• 立體聲DAC：在$V_{BUS}=5V$時，THD + N低至0.005%，SNR達(dá)到96 dB，動態(tài)范圍為93 dB。

4. 多功能設(shè)計

• HID控制：支持人體接口設(shè)備（HID）音量控制和靜音控制，方便用戶操作。
• 暫停標(biāo)志：具備暫停標(biāo)志功能，可實(shí)現(xiàn)低功耗的暫停模式。

5. 時鐘與電源管理

• 內(nèi)置時鐘發(fā)生器：使用單個12 - MHz時鐘源，可通過內(nèi)置振蕩器或外部時鐘提供。
• 單電源供電：典型電壓為5V，電源要求簡單。

應(yīng)用領(lǐng)域

PCM2904和PCM2906適用于多種USB音頻應(yīng)用，包括但不限于：

• USB音頻揚(yáng)聲器：為揚(yáng)聲器提供高質(zhì)量的音頻解碼和輸出。
• USB耳機(jī)：實(shí)現(xiàn)耳機(jī)的音頻錄制和播放功能。
• USB顯示器：為顯示器添加音頻功能。
• USB音頻接口盒：作為音頻信號的轉(zhuǎn)換和傳輸接口。

電氣特性與性能指標(biāo)

1. 絕對最大額定值

在設(shè)計電路時，必須注意PCM2904/PCM2906的絕對最大額定值，如電源電壓范圍為 - 0.3至6.5V，輸入電流（除電源引腳外）最大為±10 mA等。超出這些額定值可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

2. 電氣特性

在$T{A}=25^{circ}C$，$V{BUS}=5V$，$f_{S}=44.1kHz$，16位數(shù)據(jù)的條件下，詳細(xì)的電氣特性包括輸入輸出邏輯電平、時鐘頻率、ADC和DAC的分辨率、增益匹配、動態(tài)性能等。例如，ADC的THD + N在不同輸入電壓下有不同表現(xiàn)，DAC的動態(tài)范圍和SNR也非常出色。

3. 典型特性

通過一系列圖表展示了PCM2904/PCM2906在不同條件下的典型特性，如THD + N與溫度、采樣頻率、電源電壓的關(guān)系，以及動態(tài)范圍和SNR與溫度的關(guān)系等。這些特性對于評估設(shè)備在不同工作環(huán)境下的性能非常有幫助。

引腳分配與功能

PCM2904和PCM2906采用28引腳SSOP封裝，每個引腳都有明確的功能定義。例如，D + 和D - 用于USB差分輸入輸出，HID0、HID1、HID2用于HID按鍵狀態(tài)輸入，VINL和VINR用于ADC模擬輸入，VOUTL和VOUTR用于DAC模擬輸出等。了解引腳功能對于正確連接和使用設(shè)備至關(guān)重要。

接口與配置

1. USB接口

控制數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)通過D + 和D - 引腳以全速傳輸?shù)絇CM2904/PCM2906。設(shè)備描述符、配置描述符和字符串描述符包含了設(shè)備的相關(guān)信息，并且部分描述符可以根據(jù)需求進(jìn)行修改。

2. 設(shè)備配置

PCM2904/PCM2906有四個接口，每個接口有不同的替代設(shè)置。接口0為控制接口，接口1為音頻流數(shù)據(jù)輸出接口，接口2為音頻流數(shù)據(jù)輸入接口，接口3為中斷數(shù)據(jù)輸入接口。同時，設(shè)備還有四個端點(diǎn)，分別用于控制、音頻數(shù)據(jù)輸出、音頻數(shù)據(jù)輸入和HID功能。

時鐘與復(fù)位

PCM2904/PCM2906需要一個12 - MHz（±500 ppm）的時鐘來實(shí)現(xiàn)USB和音頻功能。時鐘可以由內(nèi)置振蕩器和12 - MHz晶體諧振器產(chǎn)生，也可以使用外部時鐘。設(shè)備具有內(nèi)部上電復(fù)位電路，當(dāng)$V_{BUS}$超過2.5V時自動觸發(fā)復(fù)位。

數(shù)字音頻接口（PCM2906）

PCM2906支持S/PDIF輸入和輸出。主機(jī)的等時輸出數(shù)據(jù)可以編碼為S/PDIF輸出和DAC模擬輸出，輸入數(shù)據(jù)可以選擇S/PDIF或ADC模擬輸入。S/PDIF支持48 - kHz、44.1 - kHz和32 - kHz的16位立體聲數(shù)據(jù)格式。

典型電路連接

文檔中給出了PCM2904和PCM2906的典型電路連接示例，包括簡單應(yīng)用的電路。在設(shè)計電路時，需要注意電容的選擇和布局，以滿足USB規(guī)范和獲得良好的模擬性能。例如，$C{1}$、$C{2}$通常選擇10 μF，$C{3}$、$C{4}$等選擇1 μF，$C{5}$、$C{6}$的電容值取決于晶體諧振器。

應(yīng)用信息與注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，需要關(guān)注PCM2904/PCM2906的工作環(huán)境。對于最新的工作環(huán)境信息，可以參考應(yīng)用報告SLAA374。同時，在使用過程中要注意靜電防護(hù)，避免ESD對設(shè)備造成損壞。

總結(jié)

德州儀器的PCM2904和PCM2906立體聲音頻編解碼器，以其豐富的功能、出色的性能和便捷的使用方式，為各種USB音頻應(yīng)用提供了可靠的解決方案。無論是音頻設(shè)備制造商還是電子工程師，在設(shè)計音頻系統(tǒng)時，都可以考慮這兩款編解碼器。希望通過本文的介紹，能讓大家對PCM2904和PCM2906有更深入的了解，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮它們的最大優(yōu)勢。大家在使用過程中有遇到什么問題或者有獨(dú)特的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評論區(qū)分享交流！