探索PCM1850A/1851A：高性能立體聲A/D轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在音頻處理和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，一款性能卓越的A/D轉(zhuǎn)換器對于實現(xiàn)高質(zhì)量音頻信號處理至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）推出的PCM1850A/1851A 24位、96kHz立體聲A/D轉(zhuǎn)換器，看看它究竟有哪些獨特的魅力。

文件下載：PCM1851APJTR.pdf

一、產(chǎn)品概述

PCM1850A/1851A是一款高性能、低成本的單芯片立體聲模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有單端模擬前端，包含一個6立體聲輸入多路復(fù)用器和寬范圍可編程增益放大器（PGA）。它采用了高度先進的CMOS工藝，封裝為小巧的32引腳TQFP，非常適合各種對成本敏感的DVD/CD/MD記錄儀和接收器應(yīng)用。

二、核心特性剖析

（一）多路復(fù)用器和可編程增益放大器（PGA）

• 輸入通道豐富：具備6×2通道單端輸入，提供了多路信號輸入的可能性，最大輸入電平可達2.4V rms，輸入電阻最小為50kΩ。
• 靈活的增益調(diào)節(jié)：PGA增益范圍為 - 11dB至11dB，以0.5dB為步長進行調(diào)節(jié)，能夠滿足不同信號強度的處理需求。

（二）24位Delta - Sigma立體聲A/D轉(zhuǎn)換器

• 內(nèi)置抗混疊濾波器：采用過采樣抽取濾波器，過采樣頻率為×64，通帶紋波僅為±0.05dB，阻帶衰減達到 - 65dB，同時片上還有0.91Hz（48kHz）的高通濾波器，有效去除輸入信號的直流分量。
• 高性能表現(xiàn)：典型的總諧波失真加噪聲（THD + N）為0.0023%，信噪比（SNR）為101dB，動態(tài)范圍為102dB，能夠提供高質(zhì)量的音頻轉(zhuǎn)換效果。

（三）PCM音頻接口

• 模式可選：支持主/從模式選擇，可根據(jù)具體應(yīng)用場景靈活配置。
• 多樣的數(shù)據(jù)格式：支持24位左對齊、24位I2S、16位和24位右對齊等多種數(shù)據(jù)格式。
• 不同的控制方式：PCM1850A通過SPI控制，PCM1851A通過I2C控制，方便工程師根據(jù)系統(tǒng)需求進行選擇。
• 寬采樣率范圍：采樣率為16 - 96kHz，系統(tǒng)時鐘支持256fs、384fs、512fs、768fs。
• 雙電源供電：模擬部分采用5V供電，數(shù)字部分采用3.3V供電，滿足不同電路模塊的需求。

三、電氣特性詳解

（一）數(shù)字輸入/輸出

• 數(shù)據(jù)格式多樣：音頻數(shù)據(jù)接口格式包括左對齊、I2S、右對齊，位長度有16位和24位可選，數(shù)據(jù)格式為MSB優(yōu)先、2s補碼。
• 采樣和系統(tǒng)時鐘：采樣頻率范圍為16 - 96kHz，系統(tǒng)時鐘頻率根據(jù)不同的倍數(shù)關(guān)系有多種選擇，如256fs對應(yīng)的頻率范圍為4.096 - 24.576MHz等。

（二）輸入輸出邏輯

• 輸入邏輯電平：不同引腳的輸入邏輯電平有明確規(guī)定，如VIH和VIL的取值范圍，以及輸入邏輯電流的要求。
• 輸出邏輯電平：輸出邏輯電平在不同輸出電流下有相應(yīng)的規(guī)定，如VOH和VOL的值。

（三）模擬前端相關(guān)特性

• 多路復(fù)用器：有6個輸入通道，滿量程輸入電平為2 - 2.4V rms，選中通道和未選中通道的中心電壓和輸入阻抗有不同的特性。
• PGA：增益范圍為 - 11 - 11dB，增益步長為0.5dB，具有單調(diào)性，抗混疊濾波器在PGA增益為 - 5.5dB時， - 3dB頻率為300kHz。
• 監(jiān)測輸出：滿量程輸出電平典型為0.6VCC（AC耦合，負載 > 10kΩ），輸出負載要求AC耦合且不小于10kΩ，THD + N典型為0.0016%，信噪比為104dB，增益誤差為 - 3% FSR，中心電壓為0.5VCC。
• ADC：分辨率為24位，滿量程輸入電壓為0.6VCC（峰 - 峰值）。

（四）精度和動態(tài)性能

• 精度方面：通道間增益失配最大為±3% FSR，增益誤差最大為±5% FSR，雙極零誤差（高通濾波器旁路時）最大為±2% FSR。
• 動態(tài)性能：不同采樣頻率和輸入電平下，THD + N、動態(tài)范圍、信噪比、通道分離度等指標表現(xiàn)出色。例如，在fs = 48kHz，VIN = - 0.5dB（1.89V rms）時，THD + N典型為0.0023%，動態(tài)范圍典型為102dB，信噪比典型為101dB。

（五）電源要求和溫度范圍

• 電源電壓：模擬電源VCC范圍為4.5 - 5.5V，數(shù)字電源VDD范圍為2.7 - 3.6V。
• 電源電流：不同工作狀態(tài)下，如正常工作、掉電狀態(tài)等，電源電流有不同的取值，且與采樣頻率有關(guān)。
• 功耗：工作時的功耗根據(jù)采樣頻率不同而有所變化，掉電狀態(tài)下功耗較低。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40 - 85°C，熱阻為80°C/W。

四、典型性能曲線分析

文檔中給出了內(nèi)部濾波器（數(shù)字濾波器、高通濾波器、模擬抗混疊濾波器）在不同條件下的典型性能曲線，以及在PGA增益為 - 5.5dB時的總諧波失真加噪聲、動態(tài)范圍和信噪比、輸出頻譜、電源電流、PGA增益線性度等性能曲線。這些曲線能夠幫助工程師更直觀地了解芯片在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為實際應(yīng)用中的參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化提供參考。

五、詳細工作機制

（一）系統(tǒng)時鐘

PCM1850A/1851A支持256fs、384fs、512fs和768fs作為系統(tǒng)時鐘，系統(tǒng)時鐘通過SCKI（引腳7）輸入。在從模式下，芯片的系統(tǒng)時鐘檢測電路會自動檢測系統(tǒng)時鐘頻率；在主模式下，需要通過串口進行模式控制來選擇系統(tǒng)時鐘頻率。768fs系統(tǒng)時鐘在主模式或fs = 88.2kHz和96kHz的從模式下不可用。系統(tǒng)時鐘會自動分頻為128fs和64fs，分別用于數(shù)字濾波器和Delta - Sigma調(diào)制器的操作。

（二）上電復(fù)位序列

芯片具有內(nèi)部上電復(fù)位電路，當(dāng)電源VDD超過2.2V（典型值）時，會自動進行初始化（復(fù)位）。在VDD < 2.2V（典型值）以及VDD > 2.2V（典型值）后的1024個系統(tǒng)時鐘內(nèi)，芯片處于復(fù)位狀態(tài)，數(shù)字輸出被強制為零。復(fù)位狀態(tài)釋放且經(jīng)過4500/fs時間后，數(shù)字輸出有效。上電復(fù)位釋放時，芯片不需要系統(tǒng)時鐘。

（三）模擬前端

PCM1850A/1851A的模擬前端電路通過串口進行模式控制，可實現(xiàn)多路復(fù)用器輸入選擇和PGA增益調(diào)節(jié)。多路復(fù)用器輸入選擇通過CH2、CH1、CH0三位控制，PGA增益選擇通過PG5 - PG0六位控制。在進行通道和增益切換時，可能會在音頻信號中產(chǎn)生爆音或其他意外的瞬態(tài)響應(yīng)，建議在數(shù)字域進行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理以控制瞬態(tài)。模擬前端僅允許通過輸入電容進行交流輸入，禁止直流輸入，推薦VIN XX引腳的信號源電阻小于1kΩ。未選中的通道輸入通過電阻（典型值57kΩ）連接到VREFS（= 0.5VCC）。芯片通過MOUTL/R引腳（引腳12和11）監(jiān)測多路復(fù)用器輸出，這些引腳的負載必須是交流耦合且不小于10kΩ，滿量程輸出電平典型為0.6VCC。

（四）串行音頻數(shù)據(jù)接口

PCM1850A/1851A通過BCK（引腳2）、LRCK（引腳1）和DOUT（引腳3）與音頻系統(tǒng)接口，支持主/從模式。

六、應(yīng)用場景

PCM1850A/1851A適用于多種音頻相關(guān)的應(yīng)用場景，如DVD/HDD/DVD + HDD記錄儀、AV放大器接收器、CD記錄儀、MD記錄儀、多軌記錄儀以及電子樂器等。其高性能和低成本的特點使其在這些領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。

在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇芯片的工作模式、數(shù)據(jù)格式、系統(tǒng)時鐘頻率等參數(shù)，同時注意模擬前端的輸入要求和通道、增益切換時的瞬態(tài)處理。你在使用類似的A/D轉(zhuǎn)換器時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。