深入解析LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器
深入解析LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器
在當(dāng)今數(shù)字化音頻飛速發(fā)展的時(shí)代，數(shù)字音頻接口接收器扮演著至關(guān)重要的角色。今天我們要詳細(xì)探討的是ON Semiconductor推出的LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器，它在音頻處理領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用。
文件下載：LC89091JA-H.pdf
一、產(chǎn)品概述
LC89091JA是一款功能強(qiáng)大的數(shù)字音頻接口接收器，它能夠依據(jù)IEC60958、IEC61937和JEITA CPR - 1205標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)字音頻設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸格式信號進(jìn)行解調(diào)處理。其支持的解調(diào)采樣頻率最高可達(dá)192kHz，這使得它可以適應(yīng)多種系統(tǒng)，如AV接收器、數(shù)字電視和DVD刻錄機(jī)等。
二、產(chǎn)品特點(diǎn)
- 信號解調(diào)：嚴(yán)格按照IEC60958、IEC61937和JEITA CPR - 1205標(biāo)準(zhǔn)對S/PDIF信號進(jìn)行解調(diào)處理，確保信號的準(zhǔn)確性和兼容性。
- 時(shí)鐘輸出：能夠輸出三種不同頻率的主時(shí)鐘，分別為512fs、256fs和128fs，并且具備輸出頻率自動(dòng)調(diào)整功能，可根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整。
- 音頻數(shù)據(jù)接口：采用24位I2S數(shù)據(jù)輸出接口，數(shù)據(jù)傳輸采用MSB first left justified格式，保證音頻數(shù)據(jù)的高效傳輸。
- 微控制器接口：配備I2C微控制器接口，具有地址自動(dòng)遞增功能，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制。
- 電源管理：內(nèi)置上電復(fù)位電路，可在電源開啟時(shí)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位操作，確保設(shè)備的穩(wěn)定啟動(dòng)。
- 電源電壓：工作電源電壓范圍為3.0 - 3.6V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
- 封裝形式：采用SSOP16封裝，不僅無鉛無鹵，符合環(huán)保要求，而且體積小巧，便于集成。
- 工作溫度：工作溫度范圍為 - 30°C至70°C，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。
三、產(chǎn)品應(yīng)用
LC89091JA的應(yīng)用場景十分廣泛，主要集中在消費(fèi)音頻和數(shù)字音頻接口領(lǐng)域。具體的終端產(chǎn)品包括AV接收器、家庭影院套裝、迷你組合音響、條形音箱和耳機(jī)放大器等。這些產(chǎn)品對音頻質(zhì)量和信號處理要求較高，而LC89091JA正好能夠滿足這些需求。
四、產(chǎn)品規(guī)格
1. 封裝尺寸
采用SSOP16 (225mil)封裝，具體尺寸為5.65mm（MAX）×5.2±0.1mm，詳細(xì)的尺寸信息可參考產(chǎn)品文檔中的相關(guān)圖表。需要注意的是，這些測量值僅供參考，不做保證。
2. 引腳分配
| 引腳編號 | 引腳名稱 | 輸入/輸出 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | SCL | I | 微控制器接口I2C的時(shí)鐘輸入引腳 |
| 2 | SDA | I/O | 微控制器接口I2C的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 |
| 3 | ERR | O | PLL鎖相環(huán)鎖定錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤標(biāo)志輸出引腳，初始輸出；同時(shí)也是輸出數(shù)據(jù)靜音信號輸出引腳 |
| 4 | GPO | O | 通道狀態(tài)位 - 1（PCM或非PCM標(biāo)志）輸出引腳，初始輸出；也可作為輸入S/PDIF（RXIN或MPIO）的直通輸出引腳；還可作為通用輸出引腳 |
| 5 | RXIN | I | 3.3V容差TTL兼容的S/PDIF輸入引腳 |
| 6 | MPIO | I/O | 通道狀態(tài)強(qiáng)調(diào)標(biāo)志輸出引腳，初始輸出；也可作為3.3V容差TTL兼容的S/PDIF輸入引腳 |
| 7 | LPF | O | PLL鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器連接輸出引腳 |
| 8 | GND | - | 數(shù)字地 |
| 9 | MCKO | O | 主時(shí)鐘輸出引腳，可輸出512fs、256fs和128fs的時(shí)鐘信號 |
| 10 | BCKO | O | 位時(shí)鐘輸出引腳，輸出頻率為64fs |
| 11 | LRCKO | O | 左右聲道時(shí)鐘輸出引腳，輸出頻率為fs |
| 12 | DATAO | O | 串行音頻數(shù)據(jù)輸出引腳，采用I2S格式且左對齊 |
| 13 | XIN | I | 晶體諧振器連接或外部時(shí)鐘輸入引腳，輸入頻率為24.576MHz |
| 14 | XOUT | O | 晶體諧振器連接輸出引腳 |
| 15 | SDIN | I | 串行音頻數(shù)據(jù)輸入引腳 |
| 16 | VDD | - | 數(shù)字電源，電壓為3.3V |
3. 電氣特性
絕對最大額定值
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 額定值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 最大電源電壓 | VDD max | - | - 0.3至4.6 | V |
| 輸入電壓 | VIN | - | - 0.3至VDD max + 0.3（最大4.6Vp - p） | V |
| 輸出電壓 | VOUT | - | - 0.3至VDD max + 0.3（最大4.6Vp - p） | V |
| 存儲(chǔ)環(huán)境溫度 | Tstg | - | - 55至125 | °C |
| 工作環(huán)境溫度 | Topr | - | - 30至70 | °C |
| 最大輸入/輸出電流 | IIN, IOUT | - | ±20 | mA |
允許工作范圍
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 電源電壓 | VDD | - | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V |
| 輸入電壓范圍 | VIN | - | 0 | - | 3.6 | V |
| 輸出負(fù)載電容（MCKO引腳） | CL1 | - | - | - | 20 | pF |
| 輸出負(fù)載電容（除MCKO引腳外） | CL2 | - | - | - | 30 | pF |
| 工作溫度 | Vopr | - | - 30 | 25 | 70 | °C |
DC特性
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 輸入高電平 | VIH | CMOS兼容：XIN引腳（外部時(shí)鐘輸入時(shí)） | 0.7VDD | - | V |
| 輸入低電平 | VIL | - | 0.2VDD | - | V |
| 輸入高電平 | VIH | TTL兼容：SCL、SDA、RXIN、MPIO和SDIN引腳 | 2.0 | - | V |
| 輸入低電平 | VIL | - | - | 0.8 | V |
| 輸出高電平 | VOH | IOH = - 4mA，IOL = 4mA：ERR、MCKO、BCKO、LRCKO、DATAO和XOUT輸出引腳；IOH = - 2mA，IOL = 2mA：SDA和MPIO輸出引腳 | VDD - 0.8 | - | V |
| 輸出低電平 | VOL | - | - | 0.4 | V |
| VDD電源電流 | IDD1 | 輸入fs：96kHz，MCKO：512fs輸出狀態(tài) | - | 20 | mA |
| VDD電源電流 | IDD2 | “PDMODE = 1” | - | 2 | μA |
AC特性
| 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VDD上升斜率 | tVDD | - | - | 100 | ms |
| RXIN和MPIO輸入接收頻率 | fRFS | 28 | - | 195 | kHz |
| RXIN和MPIO輸入占空比 | fRXDUY | 40 | 50 | 60 | % |
| XIN時(shí)鐘輸入頻率 | fXF | - | 24.576 | - | MHz |
| MCKO時(shí)鐘輸出頻率 | fMCK | 4 | - | 50 | MHz |
| MCKO時(shí)鐘輸出占空比 | fXMCKDUY | 40 | - | 60 | % |
| MCKO - BCKO輸出延遲 | tMBO | - 10 | - | 10 | ns |
| BCKO - LRCKO輸出延遲 | tBLO | - 10 | - | 10 | ns |
| BCKO - DATAO輸出延遲 | tBDO | - 10 | - | 10 | ns |
| LRCKO - DATAO輸出延遲 | tLDO | - 10 | - | 10 | ns |
I2C微控制器接口AC特性
| 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| RSTB輸入脈沖寬度（L） | tRSTdw | - | 400 | kHz |
| SCL輸入頻率 | fSCL | 600 | - | ns |
| SCL輸入脈沖寬度（L） | tSCLdw | 1300 | - | ns |
| SCL輸入脈沖寬度（H） | tSCLuw | 600 | - | ns |
| 起始（重復(fù)）建立時(shí)間 | tCSBuw | 600 | - | ns |
| SDA保持時(shí)間 | tSDAhold | 0 | 900 | ns |
| SDA建立時(shí)間 | tSDAsetup | 100 | - | ns |
| SCL - SDA上升時(shí)間 | tSCLSDArd | 20 + 0.1Cb | 300 | ns |
| SCL - SDA下降時(shí)間 | tSCLSDAfd | 20 + 0.1Cb | 300 | ns |
| 停止建立時(shí)間 | tSTOPsetup | 600 | - | ns |
| 總線開放時(shí)間 | tBUSopen | 1300 | - | ns |
| 尖峰脈沖寬度 | tSPKpw | 0 | 50 | ns |
五、系統(tǒng)設(shè)置
1. 上電復(fù)位
LC89091JA內(nèi)置上電復(fù)位電路，能夠持續(xù)監(jiān)測電源狀態(tài)。上電復(fù)位后，各輸出端口會(huì)處于特定的狀態(tài)，如ERR引腳輸出高電平，GPO引腳輸出低電平（非PCM標(biāo)志）等。
2. 寄存器復(fù)位和掉電模式
SYSRST寄存器可對除寄存器外的電路進(jìn)行復(fù)位操作，在復(fù)位期間，寄存器設(shè)置狀態(tài)保持不變且可進(jìn)行更改。當(dāng)系統(tǒng)通過SYSRST寄存器復(fù)位時(shí)，振蕩放大器仍會(huì)工作，時(shí)鐘信號會(huì)輸出到MCKO、BCKO和LRCKO引腳，但DATAO引腳會(huì)輸出低電平。PDMODE寄存器可將系統(tǒng)設(shè)置為掉電模式，在此模式下，寄存器設(shè)置狀態(tài)保持不變且可更改，除上電復(fù)位和微控制器接口外的電路將停止工作，時(shí)鐘信號也不會(huì)輸出。
3. 振蕩放大器引腳設(shè)置
LC89091JA內(nèi)置振蕩放大器，可通過連接石英諧振器、反饋電阻和負(fù)載電容到XIN和XOUT引腳來構(gòu)成振蕩電路。使用石英諧振器時(shí)，需選擇基波類型，并根據(jù)其特性選擇合適的負(fù)載電容。若不使用內(nèi)置振蕩放大器，可將外部時(shí)鐘源的輸出連接到XIN引腳，此時(shí)無需在XIN和XOUT之間連接反饋電阻。無論何種情況，都需始終向XIN引腳提供24.576MHz的時(shí)鐘信號。
4. 環(huán)路濾波器引腳設(shè)置
LC89091JA內(nèi)置VCO（電壓控制振蕩器），可與32kHz至192kHz的采樣頻率以及4MHz至25MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率同步。PLL鎖相環(huán)在512fs時(shí)鎖定，LPF引腳用于連接PLL環(huán)路濾波器，需盡可能靠近引腳連接電阻和電容。
5. 時(shí)鐘設(shè)置
主時(shí)鐘選擇
主時(shí)鐘源有兩種選擇：PLL源（512fs）和XIN源（24.576MHz）。
PLL源主時(shí)鐘
PLL可與輸入的S/PDIF信號同步，并輸出512fs的時(shí)鐘信號。PLL時(shí)鐘由PLLACC、PLLDIV[1:0]和PRSEL[1:0]寄存器控制。當(dāng)“PLLACC = 0”時(shí)，根據(jù)輸入采樣頻率的不同，輸出不同頻率的時(shí)鐘信號；當(dāng)“PLLACC = 1”時(shí)，時(shí)鐘頻率始終按恒定倍數(shù)輸出。
XIN源主時(shí)鐘
XIN引腳需始終提供24.576MHz的時(shí)鐘信號，用于PLL解鎖時(shí)的時(shí)鐘源、PLL鎖定支持以及S/PDIF輸入數(shù)據(jù)采樣頻率的計(jì)算。通常情況下，振蕩放大器在PLL鎖定時(shí)會(huì)自動(dòng)停止工作，但可通過AMPOPR寄存器設(shè)置為始終工作。為將系統(tǒng)時(shí)鐘固定為XIN時(shí)鐘，可通過ADMODE寄存器將PLL設(shè)置為解鎖狀態(tài)，輸出時(shí)鐘頻率可通過XOUTCK寄存器設(shè)置。
輸出時(shí)鐘切換
時(shí)鐘源會(huì)根據(jù)PLL的鎖定或解鎖狀態(tài)自動(dòng)在PLL時(shí)鐘和XIN時(shí)鐘之間切換，輸出時(shí)鐘在PLL狀態(tài)改變2.7ms后切換。
數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采樣頻率計(jì)算
輸入數(shù)據(jù)采樣頻率通過XIN時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)算。在“AMPOPR = 0”模式下，輸入數(shù)據(jù)采樣頻率在ERR錯(cuò)誤期間計(jì)算，并在振蕩放大器停止時(shí)保持該值，直到PLL解鎖；在“AMPOPR = 1”模式下，計(jì)算會(huì)持續(xù)進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果可通過微控制器接口讀取。
6. 數(shù)據(jù)設(shè)置
S/PDIF輸入接收范圍
輸入數(shù)據(jù)的接收范圍為32kHz至192kHz。
S/PDIF輸入/輸出引腳
提供兩個(gè)數(shù)字輸入引腳（RXIN和MPIO）和一個(gè)直通輸出引腳（GPO）。RXIN和MPIO為3.3V容差TTL輸入電平引腳，使用MPIO作為S/PDIF輸入時(shí)需設(shè)置MPSEL寄存器，解調(diào)數(shù)據(jù)可通過DINSEL寄存器選擇。GPO引腳可輸出S/PDIF直通數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)可通過GPOSEL[1:0]和THRSEL寄存器選擇。
輸出數(shù)據(jù)格式
DATAO輸出數(shù)據(jù)格式可通過DAFORM寄存器設(shè)置，初始格式為I2S，數(shù)據(jù)與BCKIN下降沿同步輸出。
串行音頻數(shù)據(jù)輸入格式
SDIN為串行數(shù)據(jù)輸入引腳，輸入的串行音頻數(shù)據(jù)格式需與解調(diào)數(shù)據(jù)輸出格式一致，且需與BCKO和LRCKO時(shí)鐘同步。SDIN輸入數(shù)據(jù)可直通輸出到DATAO引腳，通常在PLL解鎖時(shí)輸出，也可通過ADMODE寄存器設(shè)置為無論P(yáng)LL狀態(tài)如何都輸出。不使用SDIN引腳時(shí)，需將其連接到GND。
輸出數(shù)據(jù)切換
DATAO在PLL鎖定時(shí)輸出解調(diào)數(shù)據(jù)，解鎖時(shí)輸出SDIN輸入數(shù)據(jù)，輸出會(huì)根據(jù)PLL狀態(tài)自動(dòng)切換。切換時(shí)會(huì)經(jīng)過一個(gè)靜音期，靜音期時(shí)長可通過ERRWT和DATWT寄存器調(diào)整，也可通過DATMUT寄存器強(qiáng)制靜音，NPMODE寄存器可在接收到非PCM數(shù)據(jù)時(shí)使DATAO輸出靜音。
7. 錯(cuò)誤輸出處理
ERR輸出可通過ERRSEL寄存器選擇兩種輸出模式：
鎖定錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤輸出（“ERRSEL = 0”）
當(dāng)PLL鎖定錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，ERR引腳輸出錯(cuò)誤標(biāo)志，該標(biāo)志與LRCKO同步輸出，可通過微控制器接口讀取。PLL鎖定錯(cuò)誤可能由輸入數(shù)據(jù)的雙相調(diào)制規(guī)律丟失或無法檢測到前導(dǎo)碼B、M和W引起；輸入數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致ERR輸出高電平，輸出數(shù)據(jù)會(huì)替換為前一幀的數(shù)據(jù)，但接收到非PCM數(shù)據(jù)時(shí)不替換；其他錯(cuò)誤檢測到數(shù)據(jù)差異時(shí)，ERR會(huì)立即輸出高電平，并將時(shí)鐘源切換到XIN重新開始處理。
DATAO數(shù)據(jù)靜音信號輸出（“ERRSEL = 1”）
此模式輸出DATAO引腳輸出的音頻數(shù)據(jù)狀態(tài)，接收非PCM音頻數(shù)據(jù)時(shí)的靜音處理設(shè)置也會(huì)反映在該輸出中。
8. 通用輸出（GPO）
GPO輸出可通過GPOSEL[1:0]寄存器選擇三種輸出模式：
通道狀態(tài)位1輸出（“GPOSEL[1:0] = 00”）
初始模式下，輸出通道狀態(tài)的位1，用于指示輸入雙相數(shù)據(jù)是否為PCM音頻數(shù)據(jù)。
S/PDIF直通輸出（“GPOSEL[1:0] = 01”）
輸出由S/PDIF輸入選擇器（DINSEL寄存器）選擇的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)通過THRSEL寄存器選擇。
微控制器寄存器輸出（“GPOSEL[1:0] = 10或11”）
此模式輸出由微控制器接口設(shè)置的串行數(shù)據(jù)，可作為外圍電路的控制信號。
9. 多功能輸入/輸出（MPIO）
MPIO可通過MPSEL寄存器選擇輸入或輸出模式。設(shè)置為輸出時(shí)需連接上拉電阻，不使用時(shí)應(yīng)處于開路狀態(tài)，且在輸出設(shè)置為空載時(shí)，不要通過DINSEL或THRSEL寄存器選擇MPIO。
預(yù)加重標(biāo)志輸出（“MPSEL = 0”）
初始模式下，輸出通道狀態(tài)的預(yù)加重標(biāo)志，未檢測到加重信號時(shí)MPIO為高阻輸出，需連接上拉電阻。
S/PDIF數(shù)據(jù)輸入（“MPSEL = 1”）
MPIO可作為S/PDIF輸入端子，但上電后MPIO初始為輸出狀態(tài)，在輸入所有S/PDIF信號前，需通過MPSEL寄存器將其設(shè)置為輸入狀態(tài)。
六、微控制器接口
LC89091JA通過I2C（快速模式，400kHz）進(jìn)行控制，以下是相關(guān)設(shè)置和操作：
1. 終端設(shè)置
SCL和SDA引腳需連接上
-
音頻處理
+關(guān)注
關(guān)注
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