探索PCM186x系列音頻ADC：高性能與靈活性的完美結(jié)合

在音頻處理領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻采集和處理至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的PCM186x系列音頻ADC，以其卓越的性能和豐富的功能，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這個(gè)系列的產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

PCM186x系列包括PCM1860、PCM1861、PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865等型號(hào)，它們旨在滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的音頻處理需求。這些器件采用了高度靈活的音頻前端設(shè)計(jì)，支持從微小的毫伏級(jí)麥克風(fēng)輸入到2.1 VRMS的線路輸入，并且可以配置為單端或差分輸入，以提供最佳的性能。

產(chǎn)品特性

高信噪比性能

不同型號(hào)的PCM186x具有不同的信噪比（SNR）性能。例如，PCM1861、PCM1863和PCM1865的SNR可達(dá)110 dB，而PCM1860、PCM1862和PCM1864的SNR也能達(dá)到103 dB。這種高SNR性能使得PCM186x能夠捕捉到更細(xì)微的音頻信號(hào)，減少噪聲干擾，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻采集。

靈活的采樣率和通道配置

PCM186x的ADC采樣率范圍為8 kHz至192 kHz，可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。此外，該系列產(chǎn)品還提供了多達(dá)四個(gè)獨(dú)立的ADC通道，用戶可以根據(jù)需要選擇2通道或4通道的配置，以滿足不同的音頻采集需求。

多種控制方式

PCM186x支持硬件（HW）和軟件（SW）兩種控制方式。其中，PCM1860和PCM1861采用硬件控制，而PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865則支持軟件控制（I2C或SPI）。這種多樣化的控制方式為用戶提供了更多的選擇，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活。

可編程增益放大器（PGA）

PCM186x集成了可編程增益放大器（PGA），可以根據(jù)輸入信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行增益調(diào)整。對(duì)于硬件控制的PCM1860和PCM1861，PGA提供了0 dB、12 dB和32 dB三種固定增益選項(xiàng)；而軟件控制的PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865則支持-12 dB至+32 dB的可編程增益調(diào)整，步長(zhǎng)為0.5 dB。這種可編程的增益調(diào)整功能使得PCM186x能夠適應(yīng)不同強(qiáng)度的輸入信號(hào)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

集成高性能音頻PLL

PCM186x集成了高性能的音頻PLL，可以從1 MHz至50 MHz的任何時(shí)鐘源生成真實(shí)的音頻速率時(shí)鐘。這種功能使得PCM186x能夠在不同的時(shí)鐘環(huán)境下穩(wěn)定工作，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

低功耗設(shè)計(jì)

PCM186x采用了低功耗設(shè)計(jì)，在3.3 V電源供電下，不同型號(hào)的功耗有所不同。例如，PCM1860、PCM1861、PCM1862和PCM1863的功耗小于85 mW，而PCM1864和PCM1865的功耗小于145 mW。此外，該系列產(chǎn)品還支持Energysense音頻內(nèi)容檢測(cè)功能，可用于自動(dòng)系統(tǒng)喚醒和睡眠，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的功耗。

應(yīng)用領(lǐng)域

PCM186x的高性能和靈活性使其適用于多種音頻應(yīng)用場(chǎng)景，包括家庭影院和電視、語(yǔ)音控制設(shè)備、藍(lán)牙揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)陣列處理器等。在這些應(yīng)用中，PCM186x能夠提供高質(zhì)量的音頻采集和處理，滿足用戶對(duì)音頻質(zhì)量的要求。

詳細(xì)功能解析

模擬前端

PCM186x的模擬前端具有高度的靈活性，支持單端和差分輸入。在單端模式下，最大輸入電平可達(dá)2.1 VRMS；而在差分模式下，最大輸入電平可達(dá)4.2 VRMS。此外，模擬前端的MIX和MUX電路允許在單端和差分模式下對(duì)模擬輸入進(jìn)行混合和復(fù)用，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的可能性。不過(guò)需要注意的是，在使用模擬輸入時(shí)，建議使用直流阻塞電容器，以確保正確的直流偏置條件。

麥克風(fēng)支持

PCM186x支持模擬和數(shù)字麥克風(fēng)。對(duì)于模擬麥克風(fēng)，PCM186x可以提供2.6 V的麥克風(fēng)偏置電壓，以驅(qū)動(dòng)和偏置麥克風(fēng)。對(duì)于數(shù)字麥克風(fēng)，PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865支持多達(dá)四個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)輸入，通過(guò)GPIO引腳進(jìn)行連接。不同型號(hào)的PCM186x在數(shù)字麥克風(fēng)支持方面有所差異，例如PCM1864和PCM1865支持2通道數(shù)字麥克風(fēng) + 2通道ADC模式，而PCM1862和PCM1863則需要采用ADC + I2S輸入配置才能實(shí)現(xiàn)四通道輸入。

可編程增益放大器（PGA）

PCM186x的PGA是一種混合式的模擬和數(shù)字可編程增益放大器，采用了自動(dòng)增益映射功能，允許在單個(gè)寄存器中設(shè)置每個(gè)通道的增益。這種功能使得增益設(shè)置更加方便，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在改變?cè)鲆鏁r(shí)，PCM186x采用零交叉檢測(cè)技術(shù)，以減少拉鏈噪聲的產(chǎn)生。不過(guò)需要注意的是，改變PGA增益時(shí)需要確保片上DSP處于時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)。

自動(dòng)削波抑制

軟件控制的PCM186x器件具有自動(dòng)削波抑制功能，當(dāng)ADC檢測(cè)到削波時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低增益，以避免削波現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，該功能還會(huì)生成內(nèi)部中斷，通知系統(tǒng)微控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置削波抑制的衰減水平和通道鏈接方式，以滿足不同的應(yīng)用需求。

時(shí)鐘系統(tǒng)

PCM186x的時(shí)鐘系統(tǒng)具有極高的靈活性，支持多種時(shí)鐘源和時(shí)鐘模式。該系列產(chǎn)品可以從外部晶體或CMOS電平時(shí)鐘源獲取主時(shí)鐘，并且集成了片上PLL，可以根據(jù)輸入時(shí)鐘生成所需的音頻時(shí)鐘。此外，PCM186x還支持時(shí)鐘錯(cuò)誤檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到時(shí)鐘錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)或睡眠狀態(tài)，以保護(hù)設(shè)備免受損壞。

二次ADC

PCM186x的二次ADC是一種低功耗、非音頻ADC，主要用于睡眠模式下的模擬輸入監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)中的直流電壓測(cè)量。該二次ADC可以在睡眠模式下獨(dú)立工作，監(jiān)測(cè)音頻輸入信號(hào)或直流電平變化，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)超過(guò)閾值時(shí)，會(huì)觸發(fā)中斷，通知系統(tǒng)喚醒。此外，二次ADC還支持控制檢測(cè)功能，可用于連接簡(jiǎn)單的模擬源，如電池電壓和控制電位器。

音頻處理

PCM186x的DSP1和DSP2是固定功能的處理器，用于執(zhí)行多種濾波、混合、信號(hào)檢測(cè)和管理功能。這些處理器的系數(shù)可以通過(guò)間接方式使用Page1上的寄存器進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)不同的音頻處理效果。例如，數(shù)字抽取濾波器可以選擇經(jīng)典的FIR響應(yīng)或低延遲的IIR響應(yīng)，同時(shí)還提供了獨(dú)立的高通濾波器，用于去除信號(hào)中的直流偏置。

可映射GPIO引腳

軟件控制的PCM186x器件的所有GPIO引腳都可以進(jìn)行各種功能配置，包括極性反轉(zhuǎn)、輸入類型控制等。這些引腳可以用于連接外部設(shè)備，如傳感器、開(kāi)關(guān)等，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展和控制。

中斷控制器

PCM186x的中斷控制器可以將多種信號(hào)映射到中斷輸出，包括Energysense、二次ADC控制檢測(cè)、PGA削波和DIN切換檢測(cè)等。用戶可以通過(guò)配置中斷控制器的相關(guān)寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷信號(hào)的過(guò)濾、監(jiān)測(cè)和清除，以滿足不同的應(yīng)用需求。

音頻格式選擇和時(shí)序細(xì)節(jié)

PCM186x支持多種音頻格式，包括左對(duì)齊、右對(duì)齊、I2S和時(shí)分復(fù)用（TDM）等。用戶可以通過(guò)寄存器配置音頻格式和時(shí)序細(xì)節(jié)，以滿足不同的音頻接口需求。例如，在TDM模式下，PCM186x可以支持2至4通道的音頻數(shù)據(jù)傳輸，并且可以輸出二次ADC的數(shù)據(jù)。

電源模式

PCM186x具有多種電源模式，包括活動(dòng)模式、睡眠模式、空閑模式和待機(jī)模式。不同的電源模式下，器件的功能和功耗有所不同。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的需求選擇合適的電源模式，以實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)備控制方法

在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的設(shè)備控制方法。對(duì)于硬件控制的PCM1860和PCM1861，需要通過(guò)引腳配置來(lái)設(shè)置控制接口類型、時(shí)鐘模式和速率、音頻數(shù)據(jù)格式、數(shù)字濾波器選擇和模擬輸入通道等參數(shù)。而對(duì)于軟件控制的PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865，則可以通過(guò)I2C或SPI接口進(jìn)行配置和控制。

電源供應(yīng)

PCM186x的電源供應(yīng)需要注意以下幾點(diǎn)：首先，該系列產(chǎn)品采用3.3 V和1.8 V的混合電源設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)需要選擇單電源或獨(dú)立的模擬、數(shù)字和IO電源。其次，建議在電源引腳附近放置去耦電容器，以減少電源噪聲的影響。最后，在使用外部1.8 V電源繞過(guò)內(nèi)部LDO時(shí)，需要確保IOVDD和LDO都為1.8 V，并且TDM模式的采樣頻率不能超過(guò)96 kHz。

主時(shí)鐘源

為了獲得最佳的性能，建議在設(shè)計(jì)中使用穩(wěn)定的主時(shí)鐘源，如CMOS SCK或外部晶體。如果時(shí)鐘源與音頻速率無(wú)關(guān)，則需要啟用PLL，并進(jìn)行相應(yīng)的配置。在連接外部晶體時(shí)，需要根據(jù)晶體制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)選擇合適的電容器，并將其連接到XI和XO引腳。

模擬輸入配置

在模擬輸入配置方面，需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇單端或差分輸入方式。對(duì)于單端輸入，建議使用100 Ω的抗混疊濾波器電阻；對(duì)于差分輸入，建議使用47 Ω的抗混疊濾波器電阻，并確保串聯(lián)電阻匹配，以保持共模抑制比。此外，還需要在輸入引腳附近放置薄膜電容器，以提高ADC的動(dòng)態(tài)性能。

PCB布局

PCB布局對(duì)于PCM186x的性能至關(guān)重要。在布局時(shí)，應(yīng)盡量將模擬和數(shù)字部分分開(kāi)，避免數(shù)字噪聲對(duì)模擬信號(hào)的干擾。同時(shí)，建議使用底層銅平面作為共享接地，頂層也可以使用接地平面，以減少接地電位差的影響。去耦電容器應(yīng)盡量靠近電源引腳放置，并且避免在去耦電容器和器件之間使用過(guò)孔。此外，還可以在輸入走線之間放置接地平面，以降低串?dāng)_。

總結(jié)

PCM186x系列音頻ADC以其高性能、靈活性和低功耗等特點(diǎn)，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是家庭影院、語(yǔ)音控制設(shè)備還是藍(lán)牙揚(yáng)聲器等應(yīng)用，PCM186x都能夠滿足用戶對(duì)音頻質(zhì)量的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)和配置參數(shù)，并注意PCB布局和電源供應(yīng)等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮PCM186x的性能優(yōu)勢(shì)。

作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，需要不斷探索和嘗試新的技術(shù)和產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)對(duì)音頻質(zhì)量的不斷提高的要求。PCM186x系列音頻ADC無(wú)疑是我們的一個(gè)不錯(cuò)的選擇，希望通過(guò)本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。你在使用PCM186x過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？或者對(duì)于音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，你有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享！