探索PCM1793：高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在音頻處理領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能直接影響著音頻的質(zhì)量和表現(xiàn)。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的PCM1793，一款24位、192kHz采樣的高級(jí)分段音頻立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，看看它在音頻設(shè)計(jì)中能帶來怎樣的驚喜。

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一、PCM1793的特性亮點(diǎn)

1. 高分辨率與出色的模擬性能

PCM1793具備24位分辨率，能夠提供極其細(xì)膩的音頻細(xì)節(jié)。其動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)113dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）低至0.001%，滿量程輸出為2.1V rms（在后置放大器處），差分電壓輸出達(dá)3.2V p-p，這些參數(shù)都表明它在模擬性能方面表現(xiàn)卓越。

2. 先進(jìn)的數(shù)字濾波器

采用8倍過采樣數(shù)字濾波器，阻帶衰減達(dá)到 -82dB，通帶紋波僅為 ±0.002dB，能有效濾除噪聲和干擾，確保音頻信號(hào)的純凈度。

3. 靈活的采樣頻率和系統(tǒng)時(shí)鐘

采樣頻率范圍為10kHz至200kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘支持128、192、256、384、512或768 fs，并具備自動(dòng)檢測(cè)功能。這使得它能夠適應(yīng)不同的音頻應(yīng)用場(chǎng)景。

4. 多種數(shù)據(jù)格式支持

可以接受16位、20位和24位音頻數(shù)據(jù)，支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等數(shù)據(jù)格式，方便與各種音頻設(shè)備進(jìn)行接口。

5. 實(shí)用功能

具備數(shù)字去加重、軟靜音功能，每個(gè)輸出還有零標(biāo)志。采用雙電源供電，5V模擬電源和3.3V數(shù)字電源，數(shù)字輸入具有5V容限。此外，它采用小巧的28引腳SSOP封裝，并且是無鉛產(chǎn)品。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

PCM1793的高性能使其在眾多音頻應(yīng)用中都能大顯身手，包括A/V接收器、DVD播放器、樂器、HDTV接收器、汽車音頻系統(tǒng)、數(shù)字多軌錄音機(jī)等，以及其他需要24位音頻的應(yīng)用場(chǎng)景。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

在使用PCM1793時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，如電源電壓范圍、數(shù)字輸入電壓范圍、輸入電流限制、環(huán)境溫度和存儲(chǔ)溫度等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

2. 電氣特性

在典型工作條件下（(T{A}=25^{circ} C)，(V{C C}=5 ~V)，(V{D D}=3.3 ~V)，(f{S}=44.1 kHz)，系統(tǒng)時(shí)鐘 = 256 fs，24位數(shù)據(jù)），PCM1793展現(xiàn)出了良好的性能。例如，其分辨率為24位，支持多種音頻數(shù)據(jù)格式，采樣頻率范圍為10kHz至200kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率有多種選擇。 在動(dòng)態(tài)性能方面，不同采樣頻率下的THD+N、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比和聲道分離度等指標(biāo)都表現(xiàn)出色。模擬輸出方面，增益誤差、增益失配、雙極零誤差等參數(shù)也都在合理范圍內(nèi)。數(shù)字濾波器性能方面，去加重誤差、通帶和阻帶特性等也符合設(shè)計(jì)要求。

四、引腳分配與功能

PCM1793的引腳分配明確，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，AGNDC、AGNDF、AGNDL、AGNDR為模擬地，BCK為位時(shí)鐘輸入，DATA為串行音頻數(shù)據(jù)輸入等。了解這些引腳的功能對(duì)于正確使用PCM1793至關(guān)重要。

五、系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位功能

1. 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

PCM1793需要系統(tǒng)時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)數(shù)字插值濾波器和高級(jí)分段DAC調(diào)制器。系統(tǒng)時(shí)鐘通過SCK輸入（引腳5），并且具備系統(tǒng)時(shí)鐘檢測(cè)電路，能夠自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率。為了獲得最佳性能，建議使用低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源，如德州儀器的PLL1700系列多時(shí)鐘發(fā)生器。

2. 上電和外部復(fù)位功能

PCM1793具有上電復(fù)位功能，當(dāng)(V_{D D}>2 ~V)時(shí)，上電復(fù)位功能啟用，初始化序列需要1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。此外，還可以通過RST輸入（引腳6）進(jìn)行外部復(fù)位，這在PCM1793上電和系統(tǒng)時(shí)鐘激活之間存在延遲的應(yīng)用中非常有用。

六、音頻數(shù)據(jù)接口

1. 音頻串行接口

音頻接口端口是一個(gè)3線串行端口，包括LRCK（引腳1）、BCK（引腳2）和DATA（引腳3）。BCK用于將串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器，串行數(shù)據(jù)在BCK的上升沿時(shí)鐘輸入。LRCK是串行音頻左右字時(shí)鐘。

2. PCM音頻數(shù)據(jù)格式和時(shí)序

PCM1793支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的音頻數(shù)據(jù)格式，如標(biāo)準(zhǔn)右對(duì)齊、I2S和左對(duì)齊。數(shù)據(jù)格式通過FMT2（引腳28）、FMT1（引腳27）和FMT0（引腳26）進(jìn)行選擇。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)。

七、功能描述

1. 零檢測(cè)

當(dāng)PCM1793檢測(cè)到L通道或R通道的音頻輸入數(shù)據(jù)連續(xù)1024 fS為零時(shí)，會(huì)將ZEROL（引腳23）或ZEROR（引腳22）置為高電平。

2. 軟靜音

通過將MUTE（引腳4）置為高電平，PCM1793可以實(shí)現(xiàn)軟靜音功能，模擬輸出以 -0.5dB的步長(zhǎng)過渡到雙極零電平，實(shí)現(xiàn)無噗聲靜音。

3. 去加重

PCM1793具有針對(duì)32kHz、44.1kHz和48kHz采樣頻率的去加重濾波器，通過DEMP1（引腳25）和DEMP0（引腳24）選擇去加重濾波的采樣頻率。

八、應(yīng)用信息

1. 模擬輸出

DAC差分電壓輸出的信號(hào)電平在0dB（滿量程）時(shí)為3.2Vp-p，LPF的電壓輸出可以通過公式 (V{OUT }=3.2 Vp-p timesleft(R{f} / R_{i}right)) 計(jì)算。為了獲得指定的音頻性能，建議使用OPA2134或5532類型的運(yùn)算放大器作為L(zhǎng)PF電路。

2. 平衡放大器的模擬增益

DAC電壓輸出后面跟著平衡放大器級(jí)，它將每個(gè)通道的差分信號(hào)相加，產(chǎn)生單端電壓輸出。平衡放大器還提供三階低通濾波器功能，限制音頻輸出信號(hào)的帶寬。

九、應(yīng)用電路考慮

1. PCB布局指南

推薦使用接地平面，將模擬和數(shù)字部分通過電路板上的分割或切割進(jìn)行隔離。PCM1793的數(shù)字I/O引腳應(yīng)朝向接地平面分割/切割，以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字音頻接口和控制信號(hào)的短而直接的連接。建議為數(shù)字和模擬部分使用單獨(dú)的電源，以防止數(shù)字電源上的開關(guān)噪聲污染模擬電源。

2. 旁路和去耦電容要求

使用各種尺寸的去耦電容，無需特殊公差。所有電容應(yīng)盡可能靠近PCM1793的相應(yīng)引腳，以減少周圍電路的噪聲拾取。對(duì)于較大的值，推薦使用專為高保真音頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的鋁電解電容；對(duì)于較小的值，使用金屬膜或單片陶瓷電容。

3. 后置LPF設(shè)計(jì)

通過合理選擇后置LPF電路中使用的運(yùn)算放大器和電阻，可以實(shí)現(xiàn)PCM1793的出色性能。為了獲得0.001% THD+N、113dB信噪比的音頻性能，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)后置LPF電路。

PCM1793以其卓越的性能和豐富的功能，為音頻設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇和使用PCM1793，以實(shí)現(xiàn)最佳的音頻效果。你在使用PCM1793或其他音頻DAC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。