探索WM8766：6通道音頻DAC的卓越性能與應(yīng)用
探索WM8766：6通道音頻DAC的卓越性能與應(yīng)用
在音頻處理領(lǐng)域，一款高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）對于提升音頻質(zhì)量至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Wolfson Microelectronics公司的WM8766，這是一款24位、192kHz的6通道DAC，廣泛應(yīng)用于DVD、環(huán)繞聲處理等領(lǐng)域。
文件下載：WM8766GEDS/V.pdf
一、WM8766概述
1. 產(chǎn)品定位
WM8766是一款多通道音頻DAC，專為家庭高保真音響、汽車以及其他視聽設(shè)備的DVD和環(huán)繞聲處理應(yīng)用而設(shè)計。它集成了三個立體聲24位多位Σ - Δ DAC，并配備過采樣數(shù)字插值濾波器，支持16 - 32位的數(shù)字音頻輸入字長和8kHz - 192kHz的采樣率。每個DAC通道都具備獨立的數(shù)字音量和靜音控制功能。
2. 關(guān)鍵特性
- 多通道設(shè)計：6通道DAC，可滿足多聲道音頻處理需求。
- 出色的音頻性能：103dB SNR（‘A’加權(quán) @ 48kHz），提供高質(zhì)量的音頻輸出。
- 靈活的控制接口：支持3線SPI串行或硬件控制接口，方便用戶進行配置。
- 可編程音頻數(shù)據(jù)接口模式：支持I2S、左對齊、右對齊和DSP數(shù)字音頻格式。
- 寬電壓范圍：模擬電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，數(shù)字電源電壓范圍為2.7V - 3.6V。
- 小巧封裝：采用28引腳SSOP封裝，節(jié)省電路板空間。
二、引腳配置與功能
1. 引腳配置
| WM8766采用28引腳SSOP封裝，各引腳功能明確。例如，MODE引腳用于控制格式選擇，MCLK引腳提供主時鐘，BCLK和LRCLK用于音頻接口的位時鐘和左右字時鐘等。具體引腳配置如下表所示： | PIN | NAME | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|---|
| 1 | MODE | Digital input | Control format selection 0 = Software control 1 = Hardware control | |
| 2 | MCLK | Digital input | Master clock; 128, 192, 256, 384, 512 or 768fs (fs = word clock frequency) | |
| 3 | BCLK | Digital input/output | Audio interface bit clock | |
| 4 | LRCLK | Digital input/output | Audio left/right word clock | |
| 5 | DVDD | Supply | Digital positive supply | |
| 6 | DGND | Supply | Digital negative supply | |
| 7 | DIN1 | Digital input | DAC channel 1 data input | |
| 8 | DIN2 | Digital input | DAC channel 2 data input | |
| 9 | DIN3 | Digital input | DAC channel 3 data input | |
| 10 | DNC | Do not connect | Do not connect | |
| 11 | ML/I2S | Digital input | Software Mode: Serial interface Latch signal Hardware Mode: Input Audio Data Format | |
| 12 | MC/IWL | Digital input | Software Mode: Serial control interface clock Hardware Mode: Audio data input word length | |
| 13 | MD/DM | Digital input | Software Mode: Serial interface data Hardware Mode: De - emphasis selection | |
| 14 | MUTE | Digital input/output | DAC Zero Flag output or DAC mute input | |
| 15 | TESTREF | Analogue output | Test reference | |
| 16 | VREFN | Supply | DAC negative supply | |
| 17 | VREFP | Supply | DAC positive reference supply | |
| 18 | VMID | Analogue output | Midrail divider decoupling pin; 10uF external decoupling | |
| 19 | NC | No connect | No internal connection | |
| 20 | NC | No connect | No internal connection | |
| 21 | VOUT1L | Analogue output | DAC channel 1 left output | |
| 22 | VOUT1R | Analogue output | DAC channel 1 right output | |
| 23 | VOUT2L | Analogue output | DAC channel 2 left output | |
| 24 | VOUT2R | Analogue output | DAC channel 2 right output | |
| 25 | VOUT3L | Analogue output | DAC channel 3 left output | |
| 26 | VOUT3R | Analogue output | DAC channel 3 right output | |
| 27 | AGND | Supply | Analogue negative supply and substrate connection | |
| 28 | AVDD | Supply | Analogue positive supply |
2. 引腳功能詳解
- 控制引腳：MODE引腳決定了設(shè)備的控制模式，軟件控制或硬件控制。MUTE引腳可用于直接控制靜音功能，還能指示無限零檢測（IZD）狀態(tài)。
- 時鐘引腳：MCLK提供主時鐘，BCLK和LRCLK用于音頻數(shù)據(jù)的同步。
- 數(shù)據(jù)引腳：DIN1、DIN2和DIN3分別為三個立體聲DAC通道的數(shù)據(jù)輸入引腳。
- 電源引腳：DVDD和DGND為數(shù)字電源，AVDD和AGND為模擬電源，VREFP和VREFN為DAC的參考電源。
三、電氣特性與性能指標
1. 絕對最大額定值
| 在使用WM8766時，需要注意其絕對最大額定值，以避免設(shè)備損壞。例如，數(shù)字電源電壓范圍為 - 0.3V - +5V，模擬電源電壓范圍為 - 0.3V - +7V，主時鐘頻率最大為37MHz等。 | CONDITION | MIN | MAX |
|---|---|---|---|
| Digital supply voltage | -0.3V | +5V | |
| Analogue supply voltage | -0.3V | +7V | |
| Voltage range digital inputs | DGND - 0.3V | DVDD + 0.3V | |
| Voltage range analogue inputs | AGND - 0.3V | AVDD + 0.3V | |
| Master Clock Frequency | 37MHz | ||
| Operating temperature range, TA | -25°C | +85°C | |
| Storage temperature after soldering | -65°C | +150°C |
2. 推薦工作條件
| 為了確保設(shè)備的正常運行，推薦的工作條件如下：數(shù)字電源范圍為2.7V - 3.6V，模擬電源范圍為2.7V - 5.5V，接地引腳電壓為0V，DGND與AGND之間的電壓差應(yīng)在 - 0.3V - +0.3V之間。 | PARAMETER | SYMBOL | TEST CONDITIONS | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Digital supply range | DVDD | 2.7 | 3.6 | V | |||
| Analogue supply range | AVDD, VREFP | 2.7 | 5.5 | V | |||
| Ground | AGND, VREFN, DGND | 0 | V | ||||
| Difference DGND to AGND | -0.3 | 0 | +0.3 | V |
3. 音頻性能指標
| WM8766在音頻性能方面表現(xiàn)出色，例如在48kHz采樣率下，SNR可達103dB（‘A’加權(quán)），動態(tài)范圍可達103dB，總諧波失真（THD）在1kHz、0dBFs時小于 - 80dB等。 | PARAMETER | SYMBOL | TEST CONDITIONS | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Digital Logic Levels (CMOS Levels) | |||||||
| Input LOW level | VIL | 0.3 x DVDD | V | ||||
| Input HIGH level | VIH | 0.7 x DVDD | V | ||||
| Output LOW | VOL | IOL = 1mA | 0.1 x DVDD | V | |||
| Output HIGH | VOH | IOH = -1mA | 0.9 x DVDD | V | |||
| Analogue Reference Levels | |||||||
| Reference Voltage | VVMID | VREFP/2 | V | ||||
| Potential Divider Resistance | RVMID | (VREFP to VMID) and (VMID to VREFN) | 133 | kΩ | |||
| DAC Performance (Load = 10kΩ, 50pF) | |||||||
| 0dBFs Full Scale Output Voltage | 1.0 x VREFP/5 | Vrms | |||||
| SNR (Note 1,2,4) | A - weighted, @ fs = 48kHz | 95 | 103 | dB | |||
| SNR (Note 1,2,4) | A - weighted @ fs = 96kHz | 101 | dB | ||||
| SNR (Note 1,2,4) | A - weighted @ fs = 192kHz | 101 | dB | ||||
| SNR (Note 1,2,4) | A - weighted @ fs = 48kHz, AVDD = 3.3V | 101 | dB | ||||
| SNR (Note 1,2,4) | A - weighted @ fs = 96kHz, AVDD = 3.3V | 99 | dB | ||||
| Dynamic Range (Note 2,4) | DNR | A - weighted, - 60dB full scale input | 95 | 103 | dB | ||
| Total Harmonic Distortion (THD) | 1kHz, 0dBFs | -90 | -80 | dB | |||
| Mute Attenuation | 1kHz Input, 0dB gain | 100 | dB | ||||
| DAC Channel Separation | 100 | dB | |||||
| Power Supply Rejection Ratio | PSRR | 1kHz 100mVpp | 50 | dB | |||
| 20Hz to 20kHz 100mVp - p | 45 | dB | |||||
| Supply Current | |||||||
| Analogue Supply Current | AVDD, VREFP = 5V | 13.8 | mA | ||||
| Digital Supply Current | DVDD = 3.3V | 11.0 | mA |
四、工作模式與接口
1. 主時鐘時序
| 主時鐘MCLK的時序要求對于設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。MCLK的脈沖寬度、周期時間和占空比等參數(shù)都有明確的規(guī)定。如果MCLK周期超過最大規(guī)定值，設(shè)備將進入節(jié)能模式，DAC會斷電，內(nèi)部數(shù)字音頻濾波器會復(fù)位。當MCLK恢復(fù)時，DAC會自動上電，但需要寫入音量更新寄存器位來恢復(fù)正確的音量設(shè)置。 | PARAMETER | SYMBOL | TEST CONDITIONS | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MCLK System clock pulse width high | tMCLKH | 11 | ns | ||||
| MCLK System clock pulse width low | tMCLKL | 11 | ns | ||||
| MCLK System clock cycle time | tMCLKY | 28 | 1000 | ns | |||
| MCLK Duty cycle | 40:60 | 60:40 | |||||
| Power - saving mode activated | After MCLK stopped | 2 | 10 | Us | |||
| Normal mode resumed | After MCLK re - started | 0.5 | 1 | MCLK cycle |
2. 數(shù)字音頻接口
WM8766的數(shù)字音頻接口支持主模式和從模式。在主模式下，LRCLK和BCLK是輸出信號；在從模式下，LRCLK和BCLK是輸入信號。同時，它支持多種音頻接口格式，如左對齊、右對齊、I2S和DSP模式。
-
主模式：在主模式下，WM8766生成LRCLK和BCLK信號，DIN1/2/3在BCLK的上升沿采樣。相關(guān)的時序參數(shù)如下： PARAMETER SYMBOL TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT LRCLK propagation delay from BCLK falling edge tDL 0 10 ns DIN1/2/3 setup time to BCLK rising edge tDST 10 ns DIN1/2/3 hold time from BCLK rising edge tDHT 10 ns -
從模式：在從模式下，LRCLK和BCLK作為輸入信號，DIN1/2/3在BCLK的上升沿采樣。相關(guān)的時序參數(shù)如下： PARAMETER SYMBOL TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT BCLK cycle time tBCY 50 ns BCLK pulse width high tBCH 20 ns BCLK pulse width low tBCL 20 ns LRCLK set - up time to BCLK rising edge tLRSU 10 ns LRCLK hold time from BCLK rising edge tLRH 10 ns DIN1/2/3 set - up time to BCLK rising edge tDS 10 ns DIN1/2/3 hold time from BCLK rising edge tDH 10 ns
3. MPU接口時序
| MPU接口采用3線SPI兼容控制接口，其輸入時序有明確的要求，如MC/IWL上升沿到ML/I2S上升沿的時間、MC/IWL脈沖周期時間等。 | PARAMETER | SYMBOL | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MC/IWL rising edge to ML/I2S rising edge | tSCS | 60 | ns | |||
| MC/IWL pulse cycle time | tSCY | 80 | ns | |||
| MC/IWL pulse width low | tSCL | 30 | ns | |||
| MC/IWL pulse width high | tSCH | 30 | ns | |||
| MD/DM to MC/IWL set - up time | tDSU | 20 | ns | |||
| MC/IWL to MD/DM hold time | tDHO | 20 | ns | |||
| ML/I2S pulse width low | tCSL | 20 | ns | |||
| ML/I2S pulse width high | tCSH | 20 | ns | |||
| ML/I2S rising to MC/IWL rising | tCSS | 20 | ns |
五、控制與配置
1. 硬件控制模式
當MODE引腳置高時，設(shè)備進入硬件控制模式。在該模式下，MUTE引腳可用于控制靜音和自動靜音功能，ML/I2S和MC/IWL用于選擇輸入數(shù)據(jù)格式和輸入數(shù)據(jù)字長，MD/DM用于選擇去加重濾波。
- MUTE和自動靜音操作：MUTE引腳可直接控制靜音，還能指示IZD狀態(tài)。在硬件模式下，MUTE引腳為雙向引腳，其狀態(tài)決定了設(shè)備的靜音情況。
- 輸入格式選擇：通過ML/I2S和MC/IWL引腳的不同組合，可以選擇不同的輸入數(shù)據(jù)格式，如24位右對齊、20位右對齊、16位I2S和24位I2S等。
- 去加重控制：MD/DM引腳用于選擇是否應(yīng)用去加重濾波。
2. 軟件控制接口操作
在軟件模式下，WM8766通過3線串行接口進行控制。MD/DM用于傳輸程序數(shù)據(jù)，MC/IWL用于時鐘信號，ML/I2S用于鎖存程序數(shù)據(jù)。
3. 控制接口寄存器
WM8766的控制接口寄存器用于配置設(shè)備的各種功能，如衰減控制模式、DAC輸出控制、數(shù)字音頻接口控制等。通過對這些寄存器的設(shè)置，可以實現(xiàn)對設(shè)備的精確控制。
- 衰減控制模式：設(shè)置ATC寄存器位可以使左聲道衰減設(shè)置應(yīng)用到左右聲道DAC。
- DAC輸出控制：DAC輸出控制字決定了音頻接口的左右輸入如何應(yīng)用到左右DAC。
- 數(shù)字音頻接口控制寄存器：通過FMT[1:0]寄存器位選擇接口格式，LRP寄存器位控制LRCLK的極性，BCP寄存器位控制BCLK的極性，IWL[1:0]位控制輸入字長。
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