低成本立體聲音頻DAC——PCM1733的技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)到模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。PCM1733作為一款低成本立體聲音頻DAC，以其豐富的特性和良好的性能，在消費(fèi)音頻領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。接下來(lái)，我們將詳細(xì)解析PCM1733的特性、技術(shù)參數(shù)、工作原理以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

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一、PCM1733特性概覽

PCM1733是一款完整的低成本立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具備以下顯著特性：

1. 集成度高：包含數(shù)字濾波器和輸出放大器，為音頻轉(zhuǎn)換提供了一站式解決方案。
2. 動(dòng)態(tài)范圍出色：達(dá)到95dB，能夠清晰地還原音頻信號(hào)的細(xì)節(jié)。
3. 多采樣頻率支持：支持16kHz至96kHz的采樣頻率，可適應(yīng)不同音頻源的需求。
4. 8倍過(guò)采樣數(shù)字濾波器：有效提高音頻信號(hào)的質(zhì)量，減少噪聲和失真。
5. 靈活的系統(tǒng)時(shí)鐘：系統(tǒng)時(shí)鐘可選256fS或384fS，為設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。
6. 多種數(shù)據(jù)輸入格式：支持正常和I2S兩種數(shù)據(jù)輸入格式，方便與不同的音頻設(shè)備進(jìn)行接口。
7. 小封裝：采用14引腳SOIC封裝，節(jié)省電路板空間。

二、技術(shù)參數(shù)詳解

2.1 電氣參數(shù)

2.2 絕對(duì)最大額定值

三、引腳配置與功能

需要注意的是，引腳1、2、3、12、13、14為施密特觸發(fā)器輸入，引腳12、13帶有內(nèi)部上拉電阻。

四、工作原理

PCM1733的delta - sigma部分基于5級(jí)幅度量化器和3階噪聲整形器。該部分將過(guò)采樣的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5級(jí)delta - sigma格式。與典型的1位（2級(jí)）delta - sigma調(diào)制器相比，5級(jí)delta - sigma調(diào)制器具有穩(wěn)定性和抗時(shí)鐘抖動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。 delta - sigma調(diào)制器和內(nèi)部8倍插值濾波器的組合過(guò)采樣率，在384fS系統(tǒng)時(shí)鐘下為96fS，在256fS系統(tǒng)時(shí)鐘下為64fS。其理論量化噪聲性能如圖11所示。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 系統(tǒng)時(shí)鐘

PCM1733的系統(tǒng)時(shí)鐘必須為256fS或384fS，其中fS為音頻采樣頻率（LRCIN），通常為32kHz、44.1kHz或48kHz。系統(tǒng)時(shí)鐘用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字濾波器和噪聲整形器。系統(tǒng)時(shí)鐘輸入（SCKI）位于引腳14，其定時(shí)條件如圖4所示。 PCM1733具有系統(tǒng)時(shí)鐘檢測(cè)電路，可自動(dòng)檢測(cè)256fS或384fS的頻率。系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)與LRCIN（引腳1）同步，但PCM1733可以補(bǔ)償相位差。如果LRCIN和系統(tǒng)時(shí)鐘之間的相位差大于±6個(gè)位時(shí)鐘（BCKIN），則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同步。在同步過(guò)程中，模擬輸出將被強(qiáng)制為雙極性零狀態(tài)（VCC / 2）。

5.2 輸入數(shù)據(jù)格式

PCM1733可以接受正常（MSB優(yōu)先，右對(duì)齊）或I2S格式的輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)引腳13（FORMAT）為低電平時(shí)，選擇正常數(shù)據(jù)格式；當(dāng)引腳13為高電平時(shí)，選擇I2S格式。

5.3 復(fù)位

PCM1733具有內(nèi)部上電復(fù)位電路。當(dāng)電源電壓VCC > 2.2V（典型值）時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位初始化（復(fù)位）。上電復(fù)位的初始化周期等于VCC > 2.2V后的1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。在初始化期間，DAC的輸出無(wú)效，模擬輸出被強(qiáng)制為VCC / 2。

5.4 去加重控制

引腳12（DM）用于啟用PCM1733的去加重功能。去加重功能僅在44.1kHz時(shí)有效。

5.5 延遲時(shí)間

delta - sigma轉(zhuǎn)換器存在有限的延遲時(shí)間。對(duì)于PCM1733，延遲時(shí)間由FIR濾波器級(jí)的階數(shù)和所選的采樣率決定，其計(jì)算公式為：TD = 11.125 × 1 / fS。 對(duì)于使用光盤(pán)或磁帶源數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如CD音頻、CD - 交互式、視頻CD、DAT、迷你光盤(pán)等，通常不受延遲時(shí)間的影響。但對(duì)于一些專業(yè)應(yīng)用，如演播室廣播音頻，總延遲時(shí)間小于2ms非常重要。

5.6 輸出濾波

為了測(cè)試目的，所有動(dòng)態(tài)測(cè)試都在PCM1733上使用20kHz低通濾波器進(jìn)行。該濾波器將THD + N等測(cè)量帶寬限制在20kHz。如果不使用這樣的濾波器，將導(dǎo)致THD + N升高，SNR和動(dòng)態(tài)范圍讀數(shù)低于規(guī)格值。低通濾波器可以去除帶外噪聲，雖然它不可聽(tīng)，但可能會(huì)影響動(dòng)態(tài)規(guī)格數(shù)值。 如果用戶的應(yīng)用中PCM1733驅(qū)動(dòng)寬帶放大器，建議使用外部低通濾波器。圖9展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的3階濾波器，對(duì)于某些應(yīng)用，無(wú)源RC濾波器或2階濾波器可能就足夠了。

5.7 電源旁路

電源應(yīng)盡可能靠近設(shè)備進(jìn)行旁路。建議在10μF鉭旁路電容上并聯(lián)一個(gè)0.1μF陶瓷電容。

六、總結(jié)

PCM1733以其低成本、高性能和豐富的功能，為立體聲音頻應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇系統(tǒng)時(shí)鐘、輸入數(shù)據(jù)格式、去加重控制等參數(shù)，并注意延遲時(shí)間、輸出濾波和電源旁路等問(wèn)題，以確保音頻系統(tǒng)的穩(wěn)定和高質(zhì)量運(yùn)行。你在使用PCM1733的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。