探索PCM2704/5/6/7：USB立體聲音頻DAC的卓越之選

作為電子工程師，在音頻處理電路的設(shè)計(jì)中，尋找一款性能出色、功能豐富的音頻DAC芯片至關(guān)重要。TI的PCM2704/5/6/7系列單芯片USB立體聲音頻DAC，無疑是一款值得深入研究的產(chǎn)品。今天，我們就來詳細(xì)探討一下這款芯片的特性、參數(shù)以及應(yīng)用要點(diǎn)。

文件下載：PCM2704DB.pdf

一、芯片概述

PCM2704/5/6/7是TI推出的單芯片USB立體聲音頻DAC，集成了符合USB全速協(xié)議的控制器和S/PDIF接口。它無需專用設(shè)備驅(qū)動(dòng)，部分USB描述符可通過外部ROM、SPI或內(nèi)部掩膜ROM進(jìn)行修改。該系列采用了TI獨(dú)特的SpAct?架構(gòu)，能夠從USB數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)中恢復(fù)音頻時(shí)鐘，片上的模擬PLL結(jié)合SpAct架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)低時(shí)鐘抖動(dòng)的播放效果。

二、主要特性

（一）接口特性

1. USB接口：片上集成USB接口，支持全速傳輸，完全符合USB 1.1規(guī)范，并通過了USB-IF認(rèn)證。采用自適應(yīng)等時(shí)傳輸方式，適用于多種USB音頻設(shè)備，如USB耳機(jī)、USB音頻揚(yáng)聲器、USB CRT/LCD顯示器、USB音頻接口盒以及具有USB功能的消費(fèi)音頻產(chǎn)品等。
2. 其他接口：具備外部ROM接口（PCM2704/6）、串行編程接口（PCM2705/7）和I2S接口（PCM2706/7可選擇）。

（二）時(shí)鐘與電源

1. 時(shí)鐘：片上時(shí)鐘發(fā)生器采用單個(gè)12 - MHz時(shí)鐘源，支持32、44.1、48 kHz的采樣率。
2. 電源：支持總線供電（典型5 V）和自供電（典型3.3 V）兩種模式。

（三）音頻性能

1. DAC特性：采用16位Delta - Sigma立體聲DAC，具有出色的音頻性能。
2. 模擬性能：在5 V（總線供電）和3.3 V（自供電）條件下，總諧波失真加噪聲（THD + N）表現(xiàn)優(yōu)秀，例如在自供電且負(fù)載電阻RL > 10 kΩ時(shí)，THD + N低至0.006%；在RL = 32 Ω時(shí)，THD + N為0.025%。信噪比（SNR）可達(dá)98 dB，動(dòng)態(tài)范圍為98 dB。

（四）功能多樣性

1. 多接口支持：最多支持八個(gè)HID接口（具體取決于型號(hào)和設(shè)置）。
2. S/PDIF輸出：具備S/PDIF輸出功能，并帶有SCMS（串行拷貝管理系統(tǒng)）。
3. 暫停標(biāo)志：設(shè)有暫停標(biāo)志，方便控制設(shè)備的工作狀態(tài)。

三、電氣參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

在使用該芯片時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，如電源電壓、輸入電壓、輸入電流、環(huán)境溫度等參數(shù)的限制。例如，電源電壓VBUS范圍為 - 0.3 V至6.5 V，VCCP、VCCL、VCCR、VDD范圍為 - 0.3 V至4 V等。超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致芯片永久性損壞。

（二）推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓、數(shù)字輸入邏輯電平、數(shù)字輸入時(shí)鐘頻率、模擬輸出負(fù)載電阻和電容等。例如，VBUS推薦范圍為4.35 - 5.25 V，VCCP、VCCL、VCCR、VDD推薦范圍為3 - 3.6 V，數(shù)字輸入時(shí)鐘頻率為11.994 - 12.006 MHz等。

（三）電氣特性

詳細(xì)的電氣特性參數(shù)包括數(shù)字輸入/輸出、時(shí)鐘頻率、DAC特性、直流精度、動(dòng)態(tài)性能、模擬輸出、數(shù)字濾波器性能、電源供應(yīng)要求和溫度范圍等。例如，DAC分辨率為16位，聲道分離度為60 - 70 dB，數(shù)字濾波器的通帶紋波為±0.04 dB，阻帶衰減為 - 50 dB等。

四、引腳分配與功能

（一）引腳分配

PCM2704/5采用28引腳SSOP封裝，PCM2706/7采用32引腳TQFP封裝。不同引腳具有不同的功能，如USB差分輸入/輸出引腳（D +、D -）、時(shí)鐘輸入/輸出引腳（XTI、XTO）、電源引腳（VBUS、VDD、VCCP、VCCL、VCCR）、模擬輸出引腳（VOUTL、VOUTR）等。

（二）引腳功能

每個(gè)引腳都有其特定的功能，例如AGNDL和AGNDR分別為左右聲道耳機(jī)放大器的模擬地，CK為外部ROM的時(shí)鐘輸出（部分型號(hào)需懸空），HID0/MS、HID1/MC、HID2/MD為HID按鍵狀態(tài)輸入等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)芯片的引腳功能進(jìn)行合理的連接和配置。

五、典型性能曲線

文檔中給出了多種典型性能曲線，包括內(nèi)部濾波器的頻率響應(yīng)、總諧波失真加噪聲與自由空氣溫度、電源電壓、采樣頻率的關(guān)系，動(dòng)態(tài)范圍和信噪比與自由空氣溫度、電源電壓、采樣頻率的關(guān)系，以及暫停電流與電源電壓、自由空氣溫度的關(guān)系等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解芯片在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

六、詳細(xì)操作說明

（一）時(shí)鐘與復(fù)位

芯片需要一個(gè)12 - MHz（±500 ppm）的時(shí)鐘，可以通過內(nèi)置振蕩器使用12 - MHz晶體諧振器產(chǎn)生，也可以從XTI引腳提供外部時(shí)鐘。芯片具有內(nèi)部上電復(fù)位電路，當(dāng)VDD超過2 V（典型值，范圍為1.6 - 2.4 V）時(shí)，相當(dāng)于總線供電應(yīng)用中VBUS超過3 V（典型值），內(nèi)部復(fù)位電路自動(dòng)工作，大約700 μs后內(nèi)部復(fù)位釋放。

（二）操作模式選擇

1. 電源配置選擇：通過PSEL引腳選擇電源源，0表示自供電，1表示總線供電。在總線供電模式下，最大功耗由HOST引腳決定，0表示100 mA，1表示500 mA；在自供電模式下，HOST引腳需連接到USB總線的VBUS并通過下拉電阻檢測(cè)連接和斷開狀態(tài)。
2. 功能選擇（PCM2706/7）：FSEL引腳決定FUNC0 - FUNC3和DOUT的功能。當(dāng)需要I2S接口時(shí)，F(xiàn)SEL設(shè)置為L(zhǎng)OW；否則設(shè)置為HIGH。

（三）USB接口

控制數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)通過D +和D -引腳傳輸，D +需用1.5 - kΩ（±5%）電阻上拉。芯片的設(shè)備描述符、配置描述符和字符串描述符的部分內(nèi)容可通過外部ROM、SPI或內(nèi)部掩膜ROM進(jìn)行修改。

七、應(yīng)用建議

在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求和芯片的特性進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)。例如，在選擇電源模式時(shí)，需要考慮設(shè)備的功耗和使用場(chǎng)景；在配置USB描述符時(shí)，要確保符合USB - IF的指導(dǎo)原則。同時(shí)，要注意芯片的ESD防護(hù)，避免因靜電放電對(duì)芯片造成損壞。

PCM2704/5/6/7系列芯片以其豐富的功能、出色的音頻性能和靈活的配置方式，為電子工程師在音頻處理電路設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。