德州儀器PCM3008：低功耗立體聲音頻編解碼器的卓越之選

在音頻處理領域，一款性能出色、功耗低且成本效益高的音頻編解碼器對于眾多應用來說至關重要。德州儀器（TI）的PCM3008就是這樣一款值得關注的產(chǎn)品，它為數(shù)字視頻攝像機、便攜式MD播放器等設備提供了理想的音頻解決方案。

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產(chǎn)品概述

PCM3008是一款低成本的單芯片16位立體聲音頻編解碼器，具備單端模擬電壓輸入和輸出功能。它采用高度先進的CMOS工藝制造，封裝形式為16引腳TSSOP，體積小巧，適合各種對成本敏感且對性能有要求的消費類應用。

關鍵特性

1. 高性能ADC和DAC

• ADC特性：采用16位Delta - Sigma調(diào)制技術，具備單端電壓輸入、抗混疊濾波器，性能卓越?？傊C波失真加噪聲（THD + N）低至 - 84 dB，信噪比（SNR）達到88 dB，動態(tài)范圍為88 dB。還包含1/64×抽取數(shù)字濾波器，通帶紋波僅為±0.05 dB，阻帶衰減達 - 65 dB，并集成了數(shù)字高通濾波器（HPF）。
• DAC特性：同樣為16位，單端電壓輸出，包含模擬低通濾波器（LPF）和有限脈沖響應（FIR）濾波器。THD + N低至 - 88 dB，SNR為92 dB，動態(tài)范圍92 dB。采用8×過采樣數(shù)字濾波器，通帶紋波±0.1 dB，阻帶衰減 - 43 dB。

2. 靈活的音頻數(shù)據(jù)格式

ADC采用16位左對齊格式，DAC采用16位右對齊格式，滿足不同的音頻數(shù)據(jù)處理需求。

3. 特殊內(nèi)置功能

• 數(shù)字去加重：支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz的數(shù)字去加重功能。
• 無噗聲靜音：ADC和DAC可獨立進行電源關斷，且在關斷過程中實現(xiàn)無噗聲靜音。

4. 寬采樣率和系統(tǒng)時鐘范圍

采樣率范圍為8 kHz至48 kHz，系統(tǒng)時鐘支持256fS、384fS和512fS，為不同的音頻應用提供了靈活的配置選項。

5. 低電壓和低功耗

電源電壓范圍為2.1 V至3.6 V，典型值為2.4 V。在VCC = 2.4 V時，功耗僅為32 mW，非常適合便攜式設備。

工作原理

ADC部分

PCM3008的ADC由參考電路、立體聲單端轉差分轉換器、立體聲全差分5階Delta - Sigma調(diào)制器、具有高通濾波功能的數(shù)字抽取濾波器和串行接口電路組成。內(nèi)部參考電路配合外部電容提供所需參考電壓，單端轉差分轉換器節(jié)省了外部電路設計和空間。輸入信號以64×過采樣率采樣，5階Delta - Sigma噪聲整形器將量化噪聲移出音頻頻段。抽取濾波器將調(diào)制器輸出的64fs一位數(shù)據(jù)流轉換為1fs的16位數(shù)據(jù)字，并去除量化噪聲和直流分量。

DAC部分

DAC由串行接口電路、具有去加重濾波功能的8×數(shù)字插值濾波器、立體聲5階Delta - Sigma調(diào)制器和立體聲模擬FIR濾波器及輸出緩沖放大器組成。1fs的16位音頻數(shù)據(jù)先通過8×過采樣插值濾波器轉換為8fs的18位數(shù)據(jù)，再經(jīng)Delta - Sigma調(diào)制器轉換為64fs的一位數(shù)據(jù)。最后，一位數(shù)字數(shù)據(jù)通過電流源數(shù)模轉換器轉換為模擬信號，并通過模擬FIR濾波器和LPF降低帶外量化噪聲。數(shù)字域的淡入淡出功能和模擬域的VOUT控制電路實現(xiàn)了無噗聲靜音。

系統(tǒng)時鐘

系統(tǒng)時鐘必須為256fS、384fS或512fS，由SYSCK引腳提供。芯片內(nèi)部有系統(tǒng)時鐘檢測電路，能自動識別時鐘模式，并在使用384fS或512fS時鐘時自動分頻為256fS。系統(tǒng)時鐘在電源開啟且PDAD或PDDA為高電平時必須提供。

復位功能

ADC和DAC部分可通過PDAD和PDDA引腳同時復位。上電后，必須至少進行一次外部復位。復位期間，內(nèi)部狀態(tài)保持復位，直到PDAD或PDDA變?yōu)楦唠娖胶?024個系統(tǒng)時鐘周期，ADC和DAC開始初始化序列。

電氣特性

在TA = 25°C、VCC = 2.4 V、fs = 44.1 kHz、系統(tǒng)時鐘 = 384fs、fIN = 1 kHz、16位數(shù)據(jù)的條件下，PCM3008展現(xiàn)出了優(yōu)秀的電氣性能。例如，ADC的分辨率為16位，通道間增益失配在±1%至±5%之間，增益誤差為±2%至±10%；DAC的分辨率同樣為16位，動態(tài)范圍可達92 dB，信噪比為92 dB。

應用設計考慮

典型電路連接

在典型電路連接中，需要注意各個電容的選擇和作用。如C1用于電源上電時的時間常數(shù)設置，C2和C3影響輸入高通濾波器的截止頻率和上電、斷電時的時間常數(shù)，C5和C6則對輸出高通濾波器有影響。同時，還需要根據(jù)系統(tǒng)性能要求添加后置低通濾波器。

電路板設計和布局

• 電源和接地：模擬和數(shù)字電源及地內(nèi)部相連，VCC引腳需用0.1 μF陶瓷電容和10 μF化學電容盡可能靠近引腳旁路到GND，以提高ADC和DAC的動態(tài)性能。
• VIN引腳：推薦使用0.47 μF至4.7 μF的化學電容作為交流耦合電容，若需要更高的滿量程輸入電壓，可通過在VIN引腳添加串聯(lián)電阻進行調(diào)整。
• VCOM輸入：在VCOM和GND之間推薦使用0.1 μF陶瓷電容和1 μF或更大的化學電容，以確保ADC和DAC公共電壓的低源阻抗。
• 系統(tǒng)時鐘：SYSCK的質(zhì)量會影響動態(tài)性能，需仔細管理其占空比、抖動和閾值電壓。
• 復位控制：PCM3008沒有內(nèi)部上電復位電路，上電后必須至少進行一次PDAD和PDDA的外部復位控制。
• 外部靜音控制：若需要外部靜音控制，推薦的控制順序為外部靜音開啟、編解碼器電源關斷、必要時停止和恢復SYSCK、編解碼器電源開啟、外部靜音關閉。

總結

PCM3008以其高性能、低功耗、靈活的配置和小巧的封裝，成為了音頻處理領域的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。無論是在數(shù)字視頻攝像機、便攜式MD播放器還是其他便攜式系統(tǒng)中，它都能提供出色的音頻解決方案。作為電子工程師，在設計音頻相關產(chǎn)品時，PCM3008值得納入考慮范圍。大家在實際應用中是否遇到過類似產(chǎn)品的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。