探索PCM175x系列DAC：高音質(zhì)音頻轉(zhuǎn)換的理想之選

在音頻設備的設計領域，數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能對最終音質(zhì)起著至關重要的作用。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的PCM1753、PCM1754和PCM1755（統(tǒng)稱PCM175x）這三款24位、192kHz采樣的增強型多級Δ-Σ音頻DAC，了解它們的特點、應用場景以及設計要點。

文件下載：pcm1754.pdf

一、PCM175x的卓越特性

1. 高精度與高性能

PCM175x具備24位分辨率，能夠提供極其精確的音頻轉(zhuǎn)換。在5V電源供電下，其動態(tài)范圍可達106dB，信噪比（SNR）典型值為106dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）典型值僅為0.002%，滿量程輸出典型值為4VPP。這些出色的參數(shù)確保了音頻信號的高質(zhì)量還原，為用戶帶來純凈、清晰的聽覺體驗。

2. 靈活的數(shù)字濾波

該系列產(chǎn)品配備4倍或8倍過采樣數(shù)字濾波器，阻帶衰減可達 -50dB，通帶波紋為±0.04dB。采樣頻率范圍從5kHz到200kHz，系統(tǒng)時鐘支持128fS、192fS、256fS、384fS、512fS、768fS和1152fS，并具備自動檢測功能。這種靈活性使得PCM175x能夠適應不同的音頻系統(tǒng)需求。

3. 豐富的控制功能

以PCM1754為例，它支持硬件控制，包括I2S和16位字、右對齊的數(shù)據(jù)格式，具備44.1kHz數(shù)字去加重、軟靜音以及左右聲道公共輸出零標志等功能。這些功能為音頻系統(tǒng)的設計提供了更多的靈活性和控制手段。

4. 低功耗與小封裝

PCM175x采用5V單電源供電，功耗較低。同時，它采用了小巧的16引腳SSOP封裝，且為無鉛設計，適合在空間有限的設備中使用。

二、廣泛的應用場景

PCM175x的高性能和靈活性使其適用于多種音頻應用場景，包括但不限于以下幾個方面：

1. 音頻/視頻接收器

在A/V接收器中，PCM175x能夠?qū)?shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的模擬音頻信號，為用戶提供出色的音頻體驗。

2. 高清電視接收器

隨著高清電視技術(shù)的發(fā)展，對音頻質(zhì)量的要求也越來越高。PCM175x可以滿足高清電視接收器對24位音頻的需求，提升電視的音頻表現(xiàn)。

3. 汽車音頻系統(tǒng)

汽車環(huán)境對音頻設備的穩(wěn)定性和性能要求較高。PCM175x的單電源供電和良好的抗干擾能力使其成為汽車音頻系統(tǒng)的理想選擇。

4. 其他24位音頻應用

對于那些對音頻質(zhì)量有較高要求的應用，如專業(yè)音頻設備、高端音響系統(tǒng)等，PCM175x也能提供出色的解決方案。

三、深入了解PCM175x的工作原理

1. 系統(tǒng)時鐘與復位

PCM175x需要一個系統(tǒng)時鐘來驅(qū)動數(shù)字插值濾波器和多級Δ-Σ調(diào)制器。系統(tǒng)時鐘通過SCK輸入引腳提供，建議使用低相位抖動和噪聲的時鐘源，如TI的PLL170x系列多時鐘發(fā)生器。此外，該系列產(chǎn)品還具備上電復位功能，當VCC > 3V（典型值，范圍為2.2V至3.7V）且系統(tǒng)時鐘激活時，上電復位功能啟動，初始化序列需要1024個系統(tǒng)時鐘周期。

2. 音頻串行接口

PCM175x的音頻串行接口由3線同步串行端口組成，包括LRCK（左右聲道音頻數(shù)據(jù)鎖存使能輸入）、BCK（音頻數(shù)據(jù)位時鐘輸入）和DATA（音頻數(shù)據(jù)數(shù)字輸入）。不同型號支持不同的音頻數(shù)據(jù)格式，如PCM1753支持右對齊、I2S和左對齊等行業(yè)標準格式，PCM1754支持I2S和16位字右對齊格式。數(shù)據(jù)格式可以通過控制寄存器或引腳進行選擇。

3. 零標志功能

PCM1754和PCM1753都具備零標志功能。當某個聲道的數(shù)據(jù)在1024個采樣周期內(nèi)保持為0時，相應的零標志引腳將被置為邏輯1狀態(tài)。這些零標志引腳可以用于控制外部靜音電路或作為微控制器、音頻信號處理器等的狀態(tài)指示。

4. 模擬輸出

PCM1753包含兩個獨立的輸出通道VOUTL和VOUTR，為不平衡輸出，每個通道能夠在5kΩ交流耦合負載下典型驅(qū)動4VPP。內(nèi)部輸出放大器偏置到直流共模（或雙極零）電壓，等于0.5VCC。輸出放大器還包括一個RC連續(xù)時間濾波器，有助于減少由于Δ-ΣD/A轉(zhuǎn)換器的噪聲整形特性而在DAC輸出端出現(xiàn)的帶外噪聲能量。

四、設計要點與注意事項

1. 電源供應

PCM175x設計用于4.5V至5.5V的電源供電。為了確保電源的干凈和穩(wěn)定，建議使用高質(zhì)量的去耦電容來減少噪聲。對于數(shù)字和模擬部分，最好使用單獨的電源供應，以防止數(shù)字電源上的開關噪聲污染模擬電源，從而影響PCM175x的動態(tài)性能。如果必須使用公共5V電源，應在模擬和數(shù)字5V電源連接之間放置電感（RF扼流圈、鐵氧體磁珠），以避免數(shù)字開關噪聲耦合到模擬電路中。

2. PCB布局

在PCB布局方面，建議使用接地平面，并通過分割或切割電路板來隔離模擬和數(shù)字部分。PCM175x的數(shù)字I/O引腳應朝向接地平面分割/切割處，以便與來自電路板數(shù)字部分的數(shù)字音頻接口和控制信號進行短而直接的連接。此外，對于SCK、LRCK、BCK和DATA輸入，建議使用22Ω至100Ω的串聯(lián)電阻，與雜散PCB和設備輸入電容形成低通濾波器，減少高頻噪聲發(fā)射并抑制時鐘和數(shù)據(jù)線上的毛刺和振鈴。

3. 測試與驗證

在設計過程中，對PCM175x的性能進行測試和驗證是非常重要的。例如，通過測量總諧波失真加噪聲（THD+N）、動態(tài)范圍和信噪比（SNR）等指標，可以評估DAC的音頻性能。在測試時，應使用合適的測試設備和方法，確保測試結(jié)果的準確性和可靠性。

五、總結(jié)

PCM175x系列DAC以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的設計特點，成為了音頻設備設計中高音質(zhì)音頻轉(zhuǎn)換的理想選擇。無論是在消費電子、汽車音頻還是專業(yè)音頻領域，PCM175x都能夠滿足不同用戶的需求。在實際設計過程中，我們需要充分考慮電源供應、PCB布局和測試驗證等方面的因素，以確保PCM175x能夠發(fā)揮出最佳性能。希望本文能夠為電子工程師在使用PCM175x進行音頻設計時提供一些有價值的參考。

你在使用PCM175x系列DAC的過程中遇到過哪些問題？或者你對音頻DAC的設計有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。