PCM1716：24位、96kHz采樣CMOS Delta - Sigma立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的深度解析

在音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，PCM1716是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它專為中高端數(shù)字音頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)96kHz采樣率和24位音頻數(shù)據(jù)處理。下面我們就來詳細(xì)了解一下這款轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品特性

1. 采樣頻率與輸入數(shù)據(jù)

PCM1716的采樣頻率范圍為16kHz - 96kHz，輸入音頻數(shù)據(jù)字支持16位、20位和24位。這種靈活性使得它能夠適應(yīng)不同的音頻應(yīng)用場景。

2. 高性能指標(biāo)

• THD + N：低至 - 96dB，這意味著它能夠有效降低總諧波失真和噪聲，提供純凈的音頻輸出。
• 動態(tài)范圍：達(dá)到106dB，能夠清晰地呈現(xiàn)音頻信號的強(qiáng)弱變化。
• SNR：同樣為106dB，保證了高信噪比，減少背景噪聲的干擾。
• 模擬輸出范圍：為 (0.62 × V_{cc}) (Vp - p)，可以滿足不同的音頻輸出需求。

3. 數(shù)字濾波器

采用8倍過采樣數(shù)字濾波器，具有 - 82dB的阻帶衰減和 ± 0.002dB的通帶波紋，并且支持慢滾降特性，能夠有效過濾噪聲，提升音頻質(zhì)量。

4. 多功能特性

具備數(shù)字去加重、左右聲道獨(dú)立數(shù)字衰減、軟靜音、零檢測靜音、零標(biāo)志、芯片選擇和可逆輸出相位等功能，為音頻處理提供了更多的靈活性。

5. 電源與封裝

采用 + 5V單電源供電，方便使用。同時，它采用小型28引腳SSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

二、技術(shù)規(guī)格

1. 分辨率與數(shù)據(jù)格式

分辨率為24位，數(shù)據(jù)格式支持標(biāo)準(zhǔn)/I2S，數(shù)據(jù)位長度可選擇16/20/24位，采用MSB優(yōu)先、2的補(bǔ)碼形式，采樣頻率范圍為256/384/512/768 (f_{S}) ，最高可達(dá)96kHz。

2. 數(shù)字輸入/輸出邏輯電平

輸入邏輯電平 (V{IH}) 為2.0V， (V{IL}) 為4.5V；輸出邏輯電平（CLKO） (V{OH}) 在 (I{OH}) = 2mA時為特定值， (V{OL}) 在 (I{OL}) = 4mA時為0.8V或0.5V。

3. 動態(tài)性能

• 24位數(shù)據(jù)：在不同采樣頻率下，THD + N、動態(tài)范圍、信噪比和聲道分離度等指標(biāo)表現(xiàn)出色。例如，在 (f_{S}) = 44.1kHz時，THD + N可達(dá) - 97dB，動態(tài)范圍為106dB。
• 16位數(shù)據(jù)：各項(xiàng)動態(tài)性能指標(biāo)也能滿足一定的音頻需求。

4. 直流精度

增益誤差和增益失配在一定范圍內(nèi)，雙極性零誤差在特定條件下有明確的指標(biāo)要求。

5. 模擬輸出

滿量程輸出電壓為 (0.62 V{cc}) （Vp - p），中心電壓為 (0.5 V{cc}) 。

6. 數(shù)字濾波器性能

不同的滾降特性（銳滾降和慢滾降）具有不同的通帶、阻帶和波紋指標(biāo)，并且有相應(yīng)的延遲時間。

7. 電源要求

電源電壓范圍為4.5 - 5.5V，不同采樣頻率下的電源電流和功耗有所不同。

8. 溫度范圍

工作溫度范圍為 - 25°C至 + 85°C，存儲溫度范圍為 - 55°C至 + 100°C。

三、引腳配置與功能

1. 引腳分配

PCM1716共有28個引腳，包括時鐘輸入、數(shù)據(jù)輸入、電源、接地、模擬輸出等引腳。例如，LRCIN為左右時鐘輸入，DIN為串行音頻數(shù)據(jù)輸入，BCKIN為位時鐘輸入等。

2. 特殊功能引腳

• CLKO：振蕩器的緩沖輸出，相當(dāng)于系統(tǒng)時鐘。
• ZERO：零數(shù)據(jù)標(biāo)志，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)連續(xù)65536個BCK周期為零時，該引腳有相應(yīng)的輸出。
• RST：復(fù)位引腳，低電平時使DF和調(diào)制器復(fù)位。
• CS/IWO：芯片選擇/輸入格式選擇引腳，低電平時模式控制有效。
• MODE：模式控制選擇引腳，高電平為軟件模式，低電平為硬件模式。

四、系統(tǒng)時鐘與數(shù)據(jù)接口

1. 系統(tǒng)時鐘

系統(tǒng)時鐘頻率必須為256 (f{S}) 、384 (f{S}) 、512 (f{S}) 或768 (f{S}) ，其中 (f_{S}) 為音頻采樣頻率。系統(tǒng)時鐘可以由晶體振蕩器或外部時鐘輸入提供，并且系統(tǒng)時鐘檢測電路能夠自動檢測時鐘是否在規(guī)定范圍內(nèi)。同時，系統(tǒng)時鐘應(yīng)與LRCIN時鐘同步，若不同步，PCM1716可內(nèi)部補(bǔ)償相位差。

2. 數(shù)據(jù)接口格式

PCM1716可以接受標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對齊數(shù)據(jù)格式，通過LRCIN、DIN和BCKIN引腳進(jìn)行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的接口。

五、工作模式

1. 軟件模式

通過ML、MC、MD三個引腳的串行控制信號來控制各種功能，如輸入音頻數(shù)據(jù)格式選擇、輸入數(shù)據(jù)位選擇、去加重控制等。

2. 硬件模式

通過靜態(tài)控制信號在特定引腳（如 (I^{2}S) 、DM1、DM0、IWO）上進(jìn)行功能選擇，可選擇的功能包括去加重控制、軟靜音和輸入數(shù)據(jù)格式。

六、理論操作與應(yīng)用考慮

1. 理論操作

PCM1716的delta - sigma部分基于8級幅度量化器和4階噪聲整形器，采用“增強(qiáng)多級Delta - Sigma”架構(gòu)，具有穩(wěn)定性和低時鐘抖動敏感性的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)的音頻動態(tài)性能和音質(zhì)。

2. 應(yīng)用考慮

• 延遲時間：延遲時間由FIR濾波器階數(shù)和采樣率決定，計(jì)算公式為 (T{D}=30 × 1 / f{S}) 。對于大多數(shù)光盤或磁帶源的音頻應(yīng)用，延遲時間影響不大，但對于專業(yè)廣播音頻等應(yīng)用，總延遲時間應(yīng)小于2ms。
• 輸出濾波：為了獲得準(zhǔn)確的動態(tài)測試結(jié)果，建議使用20kHz低通濾波器。如果PCM1716驅(qū)動寬帶放大器，應(yīng)使用外部低通濾波器。
• 電源旁路：電源應(yīng)盡可能靠近設(shè)備進(jìn)行旁路，以保證電源的穩(wěn)定性。
• 電源連接：為避免閂鎖現(xiàn)象，建議數(shù)字和模擬電源采用公共連接。若使用獨(dú)立電源，在電源上升時間內(nèi)兩者的差值應(yīng)小于0.1V。

七、總結(jié)

PCM1716以其高性能、多功能和靈活的工作模式，成為中高端數(shù)字音頻應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置系統(tǒng)時鐘、數(shù)據(jù)接口和工作模式，同時注意延遲時間、輸出濾波和電源等方面的問題，以充分發(fā)揮PCM1716的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的音頻轉(zhuǎn)換。你在使用PCM1716的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。