德州儀器PCM1772和PCM1773：低電壓低功耗立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器

在音頻設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低電壓、低功耗且高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）一直是工程師們追求的目標(biāo)。德州儀器（TI）的PCM1772和PCM1773就是這樣兩款出色的產(chǎn)品，它們?yōu)楸銛y式音頻播放器、手機(jī)、PDA等設(shè)備提供了理想的音頻解決方案。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這兩款器件。

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產(chǎn)品概述

PCM1772和PCM1773是CMOS單片集成電路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封裝，集成了立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器、線(xiàn)路輸出電路和支持電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采用TI增強(qiáng)的多級(jí)? - Σ架構(gòu)，通過(guò)噪聲整形和多級(jí)幅度量化實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)態(tài)性能，并提高了對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)的容忍度。

產(chǎn)品特性

模擬性能

在 (V{CC 1}) 和 (V{CC 2}) 為2.4V時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍典型值可達(dá)98dB，0dB時(shí)的總諧波失真加噪聲（THD + N）典型值為0.007%，展現(xiàn)了優(yōu)秀的音頻還原能力。

電源要求

支持1.6V至3.6V的單電源供電，在 (V{CC 1}) 和 (V{CC 2}) 為2.4V時(shí)，功耗僅為6mW，非常適合對(duì)功耗敏感的便攜式設(shè)備。

時(shí)鐘與采樣頻率

系統(tǒng)時(shí)鐘支持128 (f{S})、192 (f{S})、256 (f{S}) 和384 (f{S}) ，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz，能滿(mǎn)足多種音頻應(yīng)用的需求。

控制方式

• PCM1772：支持軟件控制，可選擇16位、20位、24位數(shù)據(jù)字，支持左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S格式，可選擇從/主模式，具備數(shù)字衰減（0dB至 - 62dB，1dB/步）、44.1kHz數(shù)字去加重、零交叉衰減、數(shù)字軟靜音、單聲道模擬輸入混合和單聲道揚(yáng)聲器模式等功能。
• PCM1773：采用硬件控制，支持左對(duì)齊和I2S格式，具備44.1kHz數(shù)字去加重和單聲道模擬輸入混合功能。

其他特性

具有無(wú)噗聲噪聲電路，數(shù)字輸入和輸出與CMOS兼容，所有邏輯輸入可承受3.3V電壓，且內(nèi)部未端接。

應(yīng)用領(lǐng)域

PCM1772和PCM1773適用于多種需要低電壓運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景，如便攜式音頻播放器、手機(jī)、PDA等。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在使用時(shí)需要注意，電源電壓 (V{CC 1}) 和 (V{CC 2}) 范圍為 - 0.3V至4V，電源電壓差 (V_{CC 1}) 為 ± 0.1V，接地電壓差為 ± 0.1V，數(shù)字輸入電壓范圍為 - 0.3V至4V，輸入電流（除電源外的任何端子）為 ± 10mA，工作溫度范圍為 - 40°C至125°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 55°C至150°C，結(jié)溫為150°C，焊接時(shí)引腳溫度和紅外回流焊時(shí)封裝溫度峰值為260°C（5s）。超過(guò)這些絕對(duì)最大額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

推薦工作條件

推薦的電源電壓 (V{CC 1}) 和 (V{CC 2}) 為1.6V至3.6V，數(shù)字輸入邏輯家族為CMOS，數(shù)字輸入時(shí)鐘頻率方面，系統(tǒng)時(shí)鐘為0.64MHz至19.2MHz，采樣時(shí)鐘為5kHz至50kHz，模擬輸出負(fù)載電阻為10kΩ，模擬輸入電平（ (V_{CC 2}) = 2.4V）最大為1.4Vp - p，工作環(huán)境溫度為 - 25°C至85°C。

電氣性能

在 (T{A}=25^{circ} C) 、 (V{CC 1}=V{CC 2}=2.4 ~V) 、 (f{S}=44.1 kHz) 、系統(tǒng)時(shí)鐘 = 256 (f{S}) 和24位數(shù)據(jù)、 (R{L}=10 k Omega) 的條件下，分辨率為24位，采樣頻率范圍為5kHz至50kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率支持128 (f{S})、192 (f{S})、256 (f{S}) 和384 (f{S}) 。數(shù)字輸入/輸出方面，輸入邏輯高電平 (V{IH}) 為0.7 (V{CC1}) ，輸入邏輯低電平 (V{IL}) 為0.3 (V{CC1}) 等。動(dòng)態(tài)性能方面，滿(mǎn)量程輸出電壓為0.77 (V_{CC2}) ，動(dòng)態(tài)范圍和信噪比（EIAJ，A加權(quán)）典型值為98dB，THD + N在0dB時(shí)典型值為0.007%，聲道分離度典型值為80dB等。

引腳分配與功能

不同封裝的PCM1772和PCM1773引腳功能有所不同，但主要的引腳功能包括模擬地（AGND1、AGND2）、單聲道模擬信號(hào)混合輸入（AIN）、串行位時(shí)鐘（BCK）、串行音頻數(shù)據(jù)輸入（DATA）、左右時(shí)鐘（LRCK）、模式控制端口相關(guān)引腳（MC、MD、MS）、復(fù)位輸入（PD）、系統(tǒng)時(shí)鐘輸入（SCKI）、電源引腳（ (V{CC 1}) 、 (V{CC 2}) ）、去耦電容連接（ (V{COM}) ）以及左右聲道模擬信號(hào)輸出（ (V{OUT L}) 、 (V_{OUT R}) ）等。

詳細(xì)工作原理

系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位和功能

PCM1772和PCM1773需要系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)操作數(shù)字插值濾波器和多級(jí)? - Σ調(diào)制器，系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)16號(hào)端子（SCKI）輸入。不同的音頻采樣率對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，例如48kHz采樣率時(shí)，128 (f_{S}) 的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為6.144MHz。同時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘有一定的脈沖持續(xù)時(shí)間和周期時(shí)間要求，如系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖高電平持續(xù)時(shí)間 (t (SCKH)) 最小為7ns，低電平持續(xù)時(shí)間 (t (SCKL)) 最小為7ns，脈沖周期時(shí)間 (t (SCKY)) 最小為52ns。

電源開(kāi)關(guān)和復(fù)位

在電源上電時(shí)，需要先確保電源電壓 (V{CC 1}) 和 (V{CC 2}) 達(dá)到指定范圍，且穩(wěn)定的時(shí)鐘SCKI、BCK和LRCK已提供，然后將PD引腳從LOW設(shè)置為HIGH。時(shí)鐘和電源要求滿(mǎn)足后，PD引腳從LOW變?yōu)镠IGH前需要至少1ms的時(shí)間。上電后，內(nèi)部邏輯狀態(tài)會(huì)在1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持復(fù)位狀態(tài)， (V{OUT } L) 和 (V{OUT } R) 會(huì)從地電平逐漸上升，經(jīng)過(guò) (9334/f) 的時(shí)間達(dá)到與輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輸出電平。下電時(shí)，先將PD引腳從HIGH設(shè)置為L(zhǎng)OW， (V{OUT } L) 和 (V{OUT } R) 會(huì)在9334/ (f_{S}) 的時(shí)間內(nèi)逐漸下降到地電平，之后再移除電源可避免產(chǎn)生噗聲噪聲。

音頻串行接口

PCM1772和PCM1773的音頻串行接口由三線(xiàn)同步串行端口組成，包括LRCK、DATA和BCK引腳。BCK是串行音頻位時(shí)鐘，將DATA上的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到音頻接口串行移位寄存器；LRCK是串行音頻左右字時(shí)鐘，將串行數(shù)據(jù)鎖存到串行音頻接口內(nèi)部寄存器。PCM1772的LRCK和BCK支持從/主模式，由FMT（寄存器3）設(shè)置。在從模式下，BCK和LRCK與音頻系統(tǒng)時(shí)鐘SCKI同步，LRCK工作在采樣頻率 (f_{S}) ，BCK可以工作在32、48和64倍采樣頻率；在主模式下，BCK和LRCK由系統(tǒng)時(shí)鐘派生，是輸出信號(hào)，BCK可以工作在64倍采樣頻率。

音頻數(shù)據(jù)格式和時(shí)序

PCM1772支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，PCM1773支持I2S和左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式通過(guò)PCM1772的控制寄存器3的格式位FMT[2:0]或PCM1773的FMT端子選擇，默認(rèn)數(shù)據(jù)格式為24位、左對(duì)齊、從模式，所有格式都要求二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。不同模式下，音頻接口有不同的時(shí)序要求，如從模式下BCK脈沖周期時(shí)間 (t (BCY)) 最小為1/(64 (f_{S}) ) ，BCK高電平時(shí)間 (t (BCH)) 和低電平時(shí)間 (t (BCL)) 最小為35ns等。

總結(jié)

PCM1772和PCM1773以其低電壓、低功耗、高性能的特點(diǎn)，為音頻設(shè)備設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇器件，并嚴(yán)格按照推薦的工作條件和時(shí)序要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和良好的音頻性能。大家在使用這兩款器件時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。