AK4393：高性能立體聲 DAC 的卓越之選

在音頻處理領(lǐng)域，一款高性能的 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）對(duì)于提升音頻質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來(lái)深入了解一下旭化成（AsahiKASEI）的 AK4393，這是一款專為 DAT、DVD 的 96kHz 采樣模式設(shè)計(jì)的高性能立體聲 DAC，它集成了 24 位數(shù)字濾波器，能為音頻設(shè)備帶來(lái)出色的音頻轉(zhuǎn)換效果。

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產(chǎn)品概述

AK4393 采用先進(jìn)的多位系統(tǒng)用于 Δ - Σ 調(diào)制器，這種新架構(gòu)在保持與傳統(tǒng)單比特方式相近的卓越失真特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更寬的動(dòng)態(tài)范圍。其模擬輸出通過(guò)對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)具有高容忍度的開(kāi)關(guān)電容濾波器（SCF）在模擬域進(jìn)行濾波，并且采用全差分輸出，非常適合高端音頻應(yīng)用。該器件支持 5V 模擬電壓和 3.3V 數(shù)字電壓，便于與 3.3V 邏輯 IC 進(jìn)行接口連接。

主要特性

采樣與濾波

• 過(guò)采樣與采樣率：具備 128 倍過(guò)采樣功能，采樣率最高可達(dá) 108kHz，能有效提高音頻的分辨率和還原度。
• 數(shù)字濾波器：配備 24 位 8 倍數(shù)字濾波器，紋波僅為 ±0.005dB，衰減達(dá)到 75dB，可對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行精細(xì)處理。

性能指標(biāo)

• 失真與動(dòng)態(tài)范圍：總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -100dB，動(dòng)態(tài)范圍（DR）和信噪比（S/N）高達(dá) 120dB，確保音頻信號(hào)的高質(zhì)量輸出。
• 時(shí)鐘抖動(dòng)容忍度：對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)具有高容忍度，能有效減少因時(shí)鐘不穩(wěn)定帶來(lái)的音頻失真。

接口與電源

• 接口格式：支持 MSB 對(duì)齊、16/20/24 位 LSB 對(duì)齊以及 I2S 等多種接口格式，方便與不同的音頻設(shè)備進(jìn)行連接。
• 主時(shí)鐘：主時(shí)鐘支持多種頻率，包括正常速度的 256fs、384fs、512fs 或 768fs，以及雙倍速度的 128fs、192fs、256fs 或 384fs，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。
• 電源供應(yīng)：模擬電源電壓范圍為 4.75 至 5.25V，數(shù)字電源電壓范圍為 3 至 5.25V，采用 28 引腳 SSOP 小封裝，節(jié)省電路板空間。

引腳功能與特性

AK4393 共有 28 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，MCLK 為時(shí)鐘輸入引腳，PDN 為電源關(guān)斷模式引腳，當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，AK4393 進(jìn)入電源關(guān)斷模式并保持復(fù)位狀態(tài)。需要注意的是，除了內(nèi)部上拉/下拉引腳外，所有輸入引腳都不應(yīng)懸空，以確保器件的正常工作。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在使用 AK4393 時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，包括電源電壓、輸入電流、輸入電壓、環(huán)境工作溫度和存儲(chǔ)溫度等。超過(guò)這些限制可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須嚴(yán)格遵守。

推薦工作條件

推薦的工作條件包括模擬電源電壓、數(shù)字電源電壓、電壓參考等。在這些條件下，AK4393 能夠發(fā)揮最佳性能。同時(shí)，需要注意電源上電順序并不關(guān)鍵，但模擬輸出電壓會(huì)隨著（VREFH - VREFL）的電壓變化而變化。

模擬特性

在典型的工作條件下，AK4393 展現(xiàn)出了優(yōu)秀的模擬特性。例如，在 44.1kHz 和 96kHz 采樣率下，其 THD + N 分別低至 -100dB 和 -97dB，動(dòng)態(tài)范圍和信噪比也都非常出色。此外，通道間隔離度高達(dá) 120dB，通道間增益失配僅為 0.3dB，輸出電壓為 ±2.4Vpp（典型值），能夠滿足高端音頻應(yīng)用的需求。

濾波器特性

數(shù)字濾波器的通帶和阻帶頻率會(huì)隨著采樣率的變化而變化。在 44.1kHz 和 96kHz 采樣率下，通帶紋波均為 ±0.005dB，阻帶衰減達(dá)到 75dB，能夠有效濾除音頻信號(hào)中的雜波和干擾。

開(kāi)關(guān)特性

AK4393 的開(kāi)關(guān)特性包括主時(shí)鐘時(shí)序、LRCK 頻率、串行接口時(shí)序等。在雙速模式下，MCLK 和 BICK/LRCK 之間的相位關(guān)系有限制，需要根據(jù)具體的工作模式進(jìn)行合理設(shè)置。

操作概述

系統(tǒng)時(shí)鐘

AK4393 的正常運(yùn)行需要外部時(shí)鐘 MCLK、LRCK 和 BICK。主時(shí)鐘 MCLK 應(yīng)與 LRCK 同步，但相位關(guān)系在正常速度模式下并不關(guān)鍵。然而，在雙速模式下，MCLK 與 LRCK/BICK 之間的相位關(guān)系受到限制，需要特別注意。采樣速度由 DFS 引腳設(shè)置，采樣率（LRCK）、CKS0/1/2 和 DFS 共同決定 MCLK 的頻率。

音頻串行接口格式

AK4393 支持五種音頻數(shù)據(jù)格式，通過(guò) DIF0 - 2 引腳進(jìn)行選擇。所有格式的串行數(shù)據(jù)均為 MSB 優(yōu)先的 2's 補(bǔ)碼格式，并在 BICK 的上升沿鎖存。

去加重濾波器

數(shù)字去加重濾波器適用于 32、44.1、48 或 96kHz 采樣率，通過(guò) DEM0、DEM1 和 DFS 輸入引腳進(jìn)行啟用或禁用。

軟靜音操作

軟靜音操作在數(shù)字域進(jìn)行，當(dāng) SMUTE 引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出信號(hào)在 1024 個(gè) LRCK 周期內(nèi)衰減；當(dāng) SMUTE 引腳返回低電平時(shí)，靜音取消，輸出衰減在 1024 個(gè) LRCK 周期內(nèi)逐漸恢復(fù)到 0dB。這種軟靜音功能可以在不停止信號(hào)傳輸?shù)那闆r下改變信號(hào)源，避免了音頻切換時(shí)的噪聲干擾。

系統(tǒng)復(fù)位與電源關(guān)斷

在電源上電時(shí)，應(yīng)通過(guò)將 PDN 引腳置為低電平對(duì) AK4393 進(jìn)行一次復(fù)位。在退出復(fù)位和電源關(guān)斷狀態(tài)后，AK4393 在輸入 MCLK 和 LRCK 之前處于電源關(guān)斷模式。當(dāng) PDN 引腳置為低電平時(shí)，AK4393 進(jìn)入電源關(guān)斷模式，模擬輸出處于高阻狀態(tài)。

模式控制接口

AK4393 的功能可以通過(guò)引腳（并行控制模式）或寄存器（串行控制模式）進(jìn)行控制。在串行控制模式下，通過(guò) CSN、CCLK 和 CDTI 引腳可以對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫入操作。需要注意的是，當(dāng) PDN 引腳為低電平時(shí)，寄存器將被復(fù)位為默認(rèn)值；當(dāng) P/S 引腳狀態(tài)改變時(shí)，應(yīng)通過(guò) PDN 引腳進(jìn)行復(fù)位。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接地與電源去耦

為了減少數(shù)字噪聲的耦合，應(yīng)分別在 AVDD 和 DVDD 引腳連接去耦電容。AVSS、BVSS 和 DVSS 必須連接到同一個(gè)模擬接地平面，系統(tǒng)模擬地和數(shù)字地應(yīng)在電源引入印刷電路板的附近連接在一起。高頻去耦電容應(yīng)盡可能靠近引腳放置。

電壓參考

VREFH 和 VREFL 之間的差分電壓設(shè)置了模擬輸出范圍。VREFH 引腳通常連接到 AVDD，VREFL 引腳通常連接到 AVSS。VREFH 和 VREFL 應(yīng)通過(guò)一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電容連接，VCOM 引腳應(yīng)連接一個(gè) 10μF 的電解電容和一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電容，以消除高頻噪聲的影響。

模擬輸出

AK4393 的模擬輸出為全差分輸出，以 VCOM 為中心，典型值為 2.4Vpp（VREF = 5V 時(shí)）。差分輸出在外部進(jìn)行求和，輸出范圍為 4.8Vpp（VREF = 5V 時(shí)）。內(nèi)部開(kāi)關(guān)電容濾波器可以衰減 Δ - Σ 調(diào)制器在音頻通帶以外產(chǎn)生的噪聲。

總結(jié)

AK4393 是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的立體聲 DAC，具有高采樣率、低失真、寬動(dòng)態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn)。在音頻設(shè)備設(shè)計(jì)中，合理使用 AK4393 可以顯著提升音頻質(zhì)量。但在使用過(guò)程中，需要注意其引腳功能、電氣特性、操作模式等方面的要求，以確保器件的正常工作。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似 DAC 的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。