高性能四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADAU1979：汽車音頻系統(tǒng)的理想之選

在電子工程領(lǐng)域，音頻信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換和處理至關(guān)重要。ADAU1979作為一款高性能四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），憑借其卓越的性能和豐富的功能，在汽車音頻系統(tǒng)和有源噪聲消除系統(tǒng)等應(yīng)用中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。今天，我們就來深入了解一下這款令人矚目的產(chǎn)品。

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產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

高性能模擬輸入與轉(zhuǎn)換

• 四路差分輸入：ADAU1979具備四路4.5 V rms（典型值）差分輸入，能夠有效處理音頻信號(hào)。其交流耦合輸入具有出色的性能，為音頻信號(hào)的準(zhǔn)確采集提供了保障。
• 高動(dòng)態(tài)范圍與低失真：模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到109 dB（典型值），總諧波失真加噪聲（THD + N）低至?95 dB（典型值），確保了音頻信號(hào)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換，減少了失真和噪聲干擾。
• 靈活的采樣速率：支持8 kHz至192 kHz的采樣速率，能夠滿足不同音頻應(yīng)用的需求。

先進(jìn)的時(shí)鐘與控制功能

• 片內(nèi)鎖相環(huán)（PLL）：利用片內(nèi)PLL可從外部時(shí)鐘輸入或幀時(shí)鐘（采樣速率時(shí)鐘）獲得主時(shí)鐘，當(dāng)使用幀時(shí)鐘時(shí)，系統(tǒng)無需獨(dú)立的高頻主時(shí)鐘，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
• 多種控制方式：支持I2C/SPI可控，可提高設(shè)計(jì)的靈活性。軟件可控?zé)o雜音靜音功能和數(shù)字音量控制，具有自動(dòng)緩升功能，為音頻系統(tǒng)的控制提供了便利。

低電磁干擾（EMI）設(shè)計(jì)

采用連續(xù)時(shí)間前端，實(shí)現(xiàn)了低EMI性能，減少了對(duì)周圍電子設(shè)備的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

豐富的數(shù)據(jù)格式與工作模式

支持右對(duì)齊、左對(duì)齊、I2C和TDM模式，以及主機(jī)和從機(jī)工作模式，滿足不同音頻系統(tǒng)的接口需求。

汽車應(yīng)用認(rèn)證

通過汽車應(yīng)用認(rèn)證，能夠適應(yīng)汽車環(huán)境的嚴(yán)格要求，為汽車音頻系統(tǒng)提供可靠的解決方案。

技術(shù)規(guī)格詳解

模擬性能規(guī)格

• 輸入電壓：滿量程交流差分輸入電壓為4.18 - 4.82 V rms，滿量程單端輸入電壓為2.09 - 2.41 V rms，輸入共模電壓為1.5 V dc。
• ADC性能：差分輸入電阻為64.34 kΩ，單端輸入電阻為32.17 kΩ，ADC分辨率為24位。動(dòng)態(tài)范圍（A加權(quán)）線路輸入在特定條件下可達(dá)103 - 109 dB，總諧波失真加噪聲（THD + N）在特定輸入條件下低至?95 - ?87 dB。
• 增益與誤差：數(shù)字增益后置ADC范圍為0 - 60 dB，增益誤差在?10% - +10%之間，通道間增益不匹配在?0.25 - +0.25 dB之間，增益漂移為100 ppm/°C。
• 共模抑制比（CMRR）與電源抑制比（PSRR）：CMRR在不同頻率和輸入條件下表現(xiàn)良好，PSRR在特定條件下可達(dá)70 dB。
• 通道間隔離與相位偏差：通道間隔離為100 dB，通道間相位偏差為0度。
• 基準(zhǔn)電壓：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF引腳典型值為1.5 V，輸出阻抗為20 kΩ。
• ADC串行端口輸出采樣速率：范圍為8 - 192 kHz。

數(shù)字輸入/輸出規(guī)格

輸入高電平電壓（VIH）為0.7 × IOVDD，低電平輸入電壓（VIL）為0.3 × IOVDD，輸入漏電流在?10 - +10 μA之間，輸入電容為5 pF。輸出高電平電壓（VOH）在特定條件下為IOVDD - 0.60 V，低電平輸出電壓（VOL）為0.4 V。

電源規(guī)格

• 電源電壓：DVDD由片內(nèi)低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器提供，典型值為1.8 V，AVDDx為3.0 - 3.6 V，IOVDD為1.62 - 3.6 V。
• 電流與功耗：不同采樣速率下，IOVDD電流、AVDDx電流、DVDD電流和功耗有所不同。正常工作時(shí)，模擬電源和數(shù)字電源的功耗在一定范圍內(nèi)，所有電源關(guān)斷時(shí)功耗低至960 μW。

數(shù)字濾波器規(guī)格

• ADC抽取濾波器：通帶、過渡帶和阻帶的頻率特性明確，通帶紋波為±0.015 dB，阻帶衰減為79 dB，群延遲在不同采樣速率下有相應(yīng)值。
• 高通濾波器：截止頻率在?3 dB點(diǎn)為0.9375 Hz，相位偏差在20 Hz時(shí)為10度，建立時(shí)間為1 sec。
• ADC數(shù)字增益：范圍為0 - 60 dB，增益步長(zhǎng)為0.375 dB。

時(shí)序規(guī)格

對(duì)輸入主時(shí)鐘（MCLK）的占空比和頻率、復(fù)位脈沖時(shí)間、PLL鎖定時(shí)間、ADC串行輸出端口和SPI、I2C端口的時(shí)序參數(shù)都有明確規(guī)定。

工作原理剖析

電源和基準(zhǔn)電壓源

• 電源供電：采用3.3 V單電源供電，所有AVDDx引腳通過100 nF陶瓷芯片電容去耦到最近的AGNDx，ADC所在的PCB上需提供至少10 μF的鋁電解體電容。
• 數(shù)字內(nèi)核電源：數(shù)字內(nèi)核的電源電壓（DVDD）利用內(nèi)部低壓差調(diào)節(jié)器產(chǎn)生，典型DVDD輸出為1.8 V，通過100 nF陶瓷電容和10 μF電容去耦。
• 基準(zhǔn)電壓：模擬模塊的基準(zhǔn)電壓在內(nèi)部產(chǎn)生，通過VREF引腳輸出，AVDDx為3.3 V時(shí)，VREF引腳典型電壓為1.5 V。在復(fù)位模式下，VREF引腳禁用以節(jié)省功耗，僅當(dāng)PD/RST引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)使能。

上電復(fù)位序列

ADAU1979要求在AVDDx引腳上從外部提供3.3 V單電源，器件內(nèi)部產(chǎn)生DVDD（1.8 V）。復(fù)位期間，DVDD調(diào)節(jié)器禁用，PD/RST引腳變?yōu)楦唠娖胶螅骷鼓蹹VDD調(diào)節(jié)器。內(nèi)部ADC和數(shù)字內(nèi)核復(fù)位由內(nèi)部上電復(fù)位（POR）信號(hào)電路控制，只有DVDD達(dá)到1.2 V且POR信號(hào)釋放后，器件才會(huì)離開復(fù)位狀態(tài)。

PLL和時(shí)鐘

• PLL功能：內(nèi)置模擬PLL為內(nèi)部ADC提供無抖動(dòng)的主時(shí)鐘，PLL必須根據(jù)適當(dāng)?shù)妮斎霑r(shí)鐘頻率進(jìn)行編程。
• 時(shí)鐘源設(shè)置：CLK_S位用于設(shè)置PLL的時(shí)鐘源，可以是MCLKIN引腳或LRCLK引腳（從模式）。在LRCLK模式下，PLL支持32 kHz到192 kHz的采樣速率。
• PLL鎖定狀態(tài)：PLL_LOCK位指示PLL的鎖定狀態(tài)，建議在初始上電后讀取PLL鎖定狀態(tài)，確保PLL輸出正確的頻率后才取消音頻輸出靜音。

模擬輸入

具有4路差分模擬輸入，支持交流耦合和直流耦合輸入信號(hào)。多數(shù)音頻應(yīng)用中，信號(hào)的直流成分通過耦合電容消除，ADAU1979采用獨(dú)特的輸入結(jié)構(gòu)，允許交流耦合輸入信號(hào)。在48 kHz采樣速率時(shí)，高通濾波器具有1.4 Hz、6 dB/倍頻程的截止頻率，該截止頻率與采樣速率呈比例變化。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

• 通道配置：4個(gè)Σ - Δ ADC通道配置為兩個(gè)立體聲對(duì)，具有可配置的差分/單端輸入，以32 kHz到192 kHz的標(biāo)稱采樣速率工作。
• 數(shù)字抗混疊濾波器：ADC包括片上數(shù)字抗混疊濾波器，具有79 dB阻帶衰減和線性相位響應(yīng)。
• 數(shù)字增益補(bǔ)償：對(duì)各通道可提供10位可編程數(shù)字增益補(bǔ)償，但需注意避免過度補(bǔ)償。
• 直流失調(diào)校準(zhǔn)：ADC具有直流失調(diào)校準(zhǔn)算法，可消除ADC的系統(tǒng)性直流失調(diào)。

ADC求和模式

• 2通道求和模式：SUM_MODE位設(shè)為01時(shí)，通道1和通道2 ADC數(shù)據(jù)合并，從SDATAOUT1引腳輸出；通道3和通道4 ADC數(shù)據(jù)合并，從SDATAOUT2引腳輸出，SNR提高3 dB。
• 1通道求和模式：SUM_MODE位設(shè)為10時(shí)，通道1至通道4 ADC數(shù)據(jù)合并，從SDATAOUT1引腳輸出，SNR提高6 dB。

串行音頻數(shù)據(jù)輸出端口、數(shù)據(jù)格式

• 端口引腳：串行音頻端口包括BCLK、LRCLK、SDATAOUT1和SDATAOUT2引腳。
• 立體聲模式：在2通道或立體聲模式下，SDATAOUT1輸出通道1和通道2的ADC數(shù)據(jù)，SDATOUT2輸出通道3和通道4的ADC數(shù)據(jù)，支持I2S、左對(duì)齊（LJ）和右對(duì)齊（RJ）音頻格式。
• TDM模式：寄存器0x05至寄存器0x08提供TDM模式編程功能，支持2、4、8或16個(gè)通道。TDM端口可以作為主機(jī)或從機(jī)工作，支持非脈沖和脈沖模式。

控制端口

支持2線I2C模式或4線SPI模式，用于設(shè)置器件的內(nèi)部寄存器。I2C和SPI模式均允許讀寫寄存器，全部寄存器均為8位寬，寄存器起始地址為0x00，結(jié)束地址為0x1A。使用ADDR1和ADDR0引腳，可將7位I2C器件地址設(shè)置為四個(gè)可能的選項(xiàng)之一。

典型應(yīng)用與注意事項(xiàng)

典型應(yīng)用

ADAU1979適用于汽車音頻系統(tǒng)和有源噪聲消除系統(tǒng)等。在汽車音頻系統(tǒng)中，其高性能的音頻轉(zhuǎn)換和處理能力能夠提供清晰、高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)；在有源噪聲消除系統(tǒng)中，可有效采集和處理音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)噪聲的消除。

注意事項(xiàng)

• ESD防范：ADAU1979是ESD（靜電放電）敏感器件，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)腅SD防范措施，以避免器件性能下降或功能喪失。
• 電源去耦：電源引腳需進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜ヱ钐幚?，以降低噪聲干擾，確保器件的穩(wěn)定工作。
• PLL設(shè)置：PLL的設(shè)置需要根據(jù)具體的輸入時(shí)鐘頻率進(jìn)行編程，建議先禁用PLL，用新設(shè)置重新編程，再重新使能。

ADAU1979以其卓越的性能和豐富的功能，為電子工程師在音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇和配置該器件，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻信號(hào)處理。你在使用類似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。