深入解析AD1939：高性能音頻編解碼器的卓越之選

在音頻處理領(lǐng)域，高性能的編解碼器是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)音質(zhì)的關(guān)鍵。今天，我們就來詳細(xì)探討一款備受關(guān)注的音頻編解碼器——AD1939。它具備諸多出色的特性，能廣泛應(yīng)用于各類音頻系統(tǒng)中。接下來，我們將從多個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行深入剖析。

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1. AD1939 特性概覽

1.1 時(shí)鐘與低 EMI 設(shè)計(jì)

AD1939 的時(shí)鐘信號(hào)生成十分靈活，既可以通過片上 PLL 生成主時(shí)鐘，也能采用直接主時(shí)鐘輸入的方式。這種設(shè)計(jì)不僅能根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景靈活選擇時(shí)鐘源，還大大降低了電磁干擾（EMI）。在系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)架構(gòu)上，都充分考慮了低 EMI 需求。例如，利用片上 PLL 從 LR 時(shí)鐘或外部晶體推導(dǎo)主時(shí)鐘，減少了對(duì)單獨(dú)高頻主時(shí)鐘的需求，同時(shí)還能與抑制位時(shí)鐘配合使用。此外，DAC 和 ADC 采用最新的連續(xù)時(shí)間架構(gòu)，進(jìn)一步降低了 EMI 輻射。再加上 3.3 V 電源供電，有效降低了功耗和電磁輻射。

1.2 高性能指標(biāo)

該編解碼器的動(dòng)態(tài)范圍和信噪比表現(xiàn)出色，DAC 動(dòng)態(tài)范圍可達(dá) 112 dB，ADC 為 107 dB，總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -94 dB。支持 24 位分辨率和 8 kHz 到 192 kHz 的采樣率，能滿足不同音頻應(yīng)用的精度和速度要求。差分輸入輸出設(shè)計(jì)，能有效抑制共模噪聲，提高音頻信號(hào)的抗干擾能力。具備對(duì)數(shù)音量控制和自動(dòng)斜坡功能，可實(shí)現(xiàn)平滑的音量調(diào)節(jié)；支持 SPI 控制，方便靈活調(diào)整各種參數(shù)；還能通過軟件實(shí)現(xiàn)無咔嗒聲靜音和軟件掉電功能，提升用戶體驗(yàn)并降低功耗。

1.3 工作模式多樣

支持右對(duì)齊、左對(duì)齊、I2S 和 TDM 等多種數(shù)據(jù)格式，以及主從模式，最多可實(shí)現(xiàn) 16 通道的輸入輸出。這種豐富的工作模式使其能與各種數(shù)字音頻系統(tǒng)無縫對(duì)接，適應(yīng)性極強(qiáng)。采用 64 引腳的 LQFP 封裝，尺寸適中，適合不同的 PCB 布局。并且該產(chǎn)品通過了汽車應(yīng)用認(rèn)證，能在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。

2. 詳細(xì)技術(shù)參數(shù)

2.1 模擬性能

在模擬性能方面，AD1939 的 ADC 分辨率為 24 位，在不同條件下的動(dòng)態(tài)范圍表現(xiàn)優(yōu)秀。無濾波（RMS）時(shí)可達(dá) 96 - 102 dB，采用 A 加權(quán)濾波（RMS）時(shí)為 98 - 105 dB。在 -1 dBFS 輸入時(shí)，總諧波失真加噪聲低至 -96 dB 到 -87 dB。DAC 的動(dòng)態(tài)范圍同樣出色，無濾波（RMS）為 102 - 107 dB，A 加權(quán)濾波（RMS）為 105 - 110 dB，A 加權(quán)濾波（平均）可達(dá) 112 dB。在 0 dBFS 輸入時(shí)，兩個(gè)通道運(yùn)行時(shí) THD + N 為 -94 dB，八個(gè)通道運(yùn)行時(shí)為 -86 dB 到 -76 dB。

2.2 電源與數(shù)字接口

電源方面，采用單一的 3.3 V 電源供電，適應(yīng)大多數(shù)數(shù)字和模擬電路的供電需求。同時(shí)能承受 5 V 邏輯輸入，增強(qiáng)了與其他設(shè)備的兼容性。數(shù)字輸入輸出規(guī)格在 -40°C 到 +105°C 的溫度范圍內(nèi)，能保證穩(wěn)定的信號(hào)傳輸。

2.3 濾波器與時(shí)序

數(shù)字濾波器部分，ADC 抽取濾波器和 DAC 插值濾波器在不同采樣率下都有明確的參數(shù)設(shè)置，如通帶、過渡帶、阻帶和群延遲等。在時(shí)序規(guī)格上，對(duì)輸入主時(shí)鐘、復(fù)位、SPI 端口、DAC 和 ADC 串行端口等都有詳細(xì)的時(shí)間要求，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3. 工作原理剖析

3.1 ADC 工作原理

AD1939 內(nèi)部有四個(gè) ADC 通道，配置為兩個(gè)立體聲對(duì)，采用差分輸入方式。為獲得最佳性能，建議使用差分信號(hào)源驅(qū)動(dòng)。輸入引腳連接內(nèi)部開關(guān)電容，為避免內(nèi)部開關(guān)電容產(chǎn)生的毛刺影響外部驅(qū)動(dòng)運(yùn)放，每個(gè)輸入引腳應(yīng)通過串聯(lián) 100 Ω 電阻和 1 nF 接地電容進(jìn)行隔離。差分輸入的標(biāo)稱共模電壓為 1.5 V，可利用共模參考引腳（CM）的電壓為外部運(yùn)放提供偏置。此外，還可通過串行控制接入數(shù)字高通濾波器，去除殘余直流偏移，其截止頻率隨采樣頻率直接縮放。

3.2 DAC 工作原理

DAC 通道為差分輸出，由四個(gè)立體聲對(duì)組成，共提供八個(gè)模擬輸出，有效改善了噪聲和失真性能。每個(gè)通道都有獨(dú)立可編程的衰減器，可按 0.255 步長(zhǎng)以 0.375 dB 為增量進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)字輸入通過四個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入引腳和公共幀時(shí)鐘（DLRCLK）及位時(shí)鐘（DBCLK）提供。每個(gè)輸出引腳的標(biāo)稱共模直流電平為 1.5 V，對(duì)于 0 dBFS 數(shù)字輸入信號(hào)，擺幅為 ±1.27 V。建議使用單個(gè)運(yùn)放、三階外部低通濾波器來去除輸出引腳上的高頻噪聲，并實(shí)現(xiàn)差分到單端的轉(zhuǎn)換。同樣，可利用 CM 引腳的電壓為外部運(yùn)放提供偏置。

3.3 時(shí)鐘信號(hào)原理

片上鎖相環(huán)（PLL）可根據(jù) LRCLK 引腳或 MCLKI/XI 引腳提供的參考信號(hào)，調(diào)整輸入采樣率。上電默認(rèn)采用 MCLKI/XI 引腳的 (256 ×f{S}) 參考。在不同采樣率模式下，主時(shí)鐘的實(shí)際倍頻會(huì)相應(yīng)變化。例如，在 96 kHz 模式下，主時(shí)鐘頻率不變，但實(shí)際倍頻減半；192 kHz 模式下，實(shí)際倍頻變?yōu)樵瓉淼乃姆种?。ADCs 內(nèi)部時(shí)鐘固定為 (256 ×f{S})，而 DACs 的內(nèi)部時(shí)鐘則根據(jù)不同模式有所變化，分別為 (512 ×f{S})（48 kHz 模式）、(256 ×f{S})（96 kHz 模式）或 (128 ×f_{S})（192 kHz 模式）。需要注意的是，192 kHz 模式下 ADC 必須使用片上 PLL 生成時(shí)鐘。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域探索

4.1 汽車音頻系統(tǒng)

汽車內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，對(duì)音頻系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性要求極高。AD1939 的低 EMI 設(shè)計(jì)和寬溫度范圍適應(yīng)性，使其能在汽車的電子環(huán)境中穩(wěn)定工作。同時(shí)，其多通道輸入輸出和高性能指標(biāo)，能為乘客帶來高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。

4.2 家庭影院系統(tǒng)

家庭影院追求高保真的音頻效果，AD1939 豐富的工作模式和高分辨率性能，能滿足家庭影院對(duì)多聲道音頻處理的需求，還原出逼真的音效，讓用戶在家中就能享受影院級(jí)別的視聽盛宴。

4.3 機(jī)頂盒和數(shù)字音頻處理器

在機(jī)頂盒和數(shù)字音頻處理器中，AD1939 能高效處理數(shù)字音頻信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的模擬音頻輸出。其靈活的控制方式和高集成度，有助于減少系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

5. 設(shè)計(jì)建議與總結(jié)

在使用 AD1939 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮其時(shí)鐘信號(hào)的選擇和配置，確保系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。在 ADC 和 DAC 的輸入輸出端，合理選擇外部濾波和緩沖電路，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，注意電源的穩(wěn)定性和去耦，降低電源噪聲對(duì)音頻信號(hào)的影響。

總的來說，AD1939 是一款性能卓越、功能豐富的音頻編解碼器，在音頻處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。無論是汽車音頻、家庭影院還是數(shù)字音頻處理等領(lǐng)域，它都能展現(xiàn)出出色的性能表現(xiàn)。電子工程師們?cè)谶M(jìn)行音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不妨考慮選用 AD1939，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻處理方案。大家在使用 AD1939 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎交流分享。