AD1933：高性能8通道DAC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討一款高性能的8通道DAC——AD1933，它在音頻系統(tǒng)等眾多應(yīng)用中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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1. AD1933概述

AD1933是一款單芯片解決方案，提供8個(gè)具有差分輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它采用了ADI公司專利的多位Σ - Δ架構(gòu)，具有低電磁干擾（EMI）設(shè)計(jì)，適用于汽車音頻系統(tǒng)、家庭影院系統(tǒng)、機(jī)頂盒和數(shù)字音頻效果處理器等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

1.1 特性亮點(diǎn)

• 時(shí)鐘靈活：支持PLL生成或直接使用主時(shí)鐘，可根據(jù)不同需求靈活配置。
• 低EMI設(shè)計(jì)：從系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)架構(gòu)上考慮，有效降低電磁干擾。例如，通過片上PLL從LR時(shí)鐘或外部晶體派生主時(shí)鐘，消除了對(duì)單獨(dú)高頻主時(shí)鐘的需求，還可與抑制位時(shí)鐘配合使用。
• 高性能DAC：動(dòng)態(tài)范圍達(dá)110 dB，信噪比出色，總諧波失真 + 噪聲（THD + N）低至 -96 dB，能提供高質(zhì)量的音頻輸出。
• 寬工作范圍：支持24位數(shù)據(jù)和8 kHz至192 kHz的采樣率，適應(yīng)多種音頻應(yīng)用。
• 靈活控制：具有SPI控制端口，可靈活調(diào)整音量和其他參數(shù)；支持軟件控制的無咔嗒靜音和軟件掉電功能。
• 多種模式：支持右對(duì)齊、左對(duì)齊、I2S和TDM模式，以及主從模式，最多可實(shí)現(xiàn)16通道輸入/輸出。
• 汽車級(jí)應(yīng)用：經(jīng)過汽車應(yīng)用認(rèn)證，適用于汽車音頻系統(tǒng)等對(duì)可靠性要求較高的場(chǎng)景。

2. 詳細(xì)規(guī)格參數(shù)

2.1 測(cè)試條件

• 電源電壓（AVDD、DVDD）為3.3 V。
• 溫度范圍根據(jù)不同測(cè)試情況而定，功能在 -40°C至 +125°C的外殼溫度下有保證。
• 主時(shí)鐘為12.288 MHz（48 kHz fS，256 × fS模式），輸入采樣率為48 kHz。
• 測(cè)量帶寬為20 Hz至20 kHz，字寬為24位。

2.2 模擬性能規(guī)格

• 動(dòng)態(tài)范圍：在20 Hz至20 kHz、 -60 dB輸入條件下，無濾波器（RMS）典型值為107 dB，帶A加權(quán)濾波器（RMS）典型值為110 dB，帶A加權(quán)濾波器（Avg）典型值為112 dB。
• 總諧波失真 + 噪聲：在0 dBFS條件下，雙通道運(yùn)行時(shí)差分版本典型值為 -96 dB，八通道運(yùn)行時(shí)為 -86 dB至 -76 dB。
• 滿量程輸出電壓：典型值為1.76 Vrms（4.96 Vp - p）。
• 增益誤差：范圍為 -10%至 +10%，通道間增益失配在 -0.2 dB至 +0.2 dB之間。
• 偏移誤差：在 -25 mV至 +25 mV之間，增益漂移為 -30 ppm/°C至 +30 ppm/°C。
• 通道間隔離：典型值為100 dB，通道間相位偏差為0°。
• 音量控制：步長(zhǎng)為0.375 dB，控制范圍為95 dB。

2.3 其他規(guī)格

• 晶體振蕩器：跨導(dǎo)典型值為3.5 mmhos。
• 數(shù)字輸入/輸出：高電平輸入電壓（VIH）為2.0 V（MCLKI/XI引腳為2.2 V），低電平輸入電壓（VIL）為0.8 V。
• 電源：DVDD和AVDD為3.0 V至3.6 V，VSUPPLY為4.5 V至5.5 V。數(shù)字電流在不同采樣率下有所不同，模擬電流正常運(yùn)行時(shí)典型值為74 mA，掉電時(shí)為23 mA。

3. 工作原理

3.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

AD1933的DAC通道以差分形式排列，四個(gè)立體聲對(duì)提供八個(gè)模擬輸出，減少了外部組件的使用。每個(gè)通道都有獨(dú)立可編程的衰減器，可在255步內(nèi)以0.375 dB的增量進(jìn)行調(diào)整。數(shù)字輸入通過四個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入引腳和一個(gè)公共幀時(shí)鐘（DLRCLK）和位時(shí)鐘（DBCLK）提供，也可使用TDM模式在單條TDM數(shù)據(jù)線上訪問多達(dá)16個(gè)通道。

3.2 時(shí)鐘信號(hào)

片上鎖相環(huán)（PLL）可從LRCLK引腳或MCLKI/XI引腳的256、384、512或768倍采樣率中選擇參考輸入采樣率。默認(rèn)上電時(shí)為MCLKI/XI引腳的256 × fS。不同采樣率模式下，內(nèi)部時(shí)鐘有所變化，如48 kHz模式為512 × fS，96 kHz模式為256 × fS，192 kHz模式為128 × fS。為保證性能，應(yīng)將內(nèi)部主時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)限制在小于300 ps rms時(shí)間間隔誤差（TIE）。

3.3 復(fù)位和掉電

RST引腳可將所有控制寄存器設(shè)置為默認(rèn)值，但不會(huì)使模擬輸出掉電。PLL和DAC控制寄存器中的掉電位可分別對(duì)相應(yīng)部分進(jìn)行掉電操作，所有其他寄存器設(shè)置將保留。為保證正確啟動(dòng)，RST引腳應(yīng)通過外部電阻拉低。

3.4 串行控制端口

AD1933具有SPI控制端口，可對(duì)ADC、DAC和時(shí)鐘系統(tǒng)的內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行編程和讀取。還提供獨(dú)立模式，在復(fù)位時(shí)通過將CIN、CCLK和CLATCH接地進(jìn)行配置。SPI控制端口為4線串行控制端口，輸入數(shù)據(jù)字為24位寬。

3.5 電源和電壓參考

AD1933設(shè)計(jì)用于3.3 V電源，模擬和數(shù)字部分分別有獨(dú)立的電源引腳，應(yīng)使用100 nF陶瓷芯片電容進(jìn)行旁路，同時(shí)在同一PCB上提供至少22 μF的大容量鋁電解電容。內(nèi)部電壓參考（VREF）通過FILTR引腳引出，應(yīng)盡可能靠近芯片進(jìn)行旁路。內(nèi)部參考可在PLL和時(shí)鐘控制1寄存器中禁用，并由外部源驅(qū)動(dòng)。

4. 應(yīng)用建議

• 濾波器選擇：建議使用三階外部低通濾波器去除輸出引腳上的高頻噪聲。在選擇運(yùn)算放大器時(shí)，要注意其壓擺率和帶寬，避免高頻噪聲和音調(diào)折疊到音頻頻段。
• 時(shí)鐘穩(wěn)定性：為保證最佳性能，應(yīng)盡量減少時(shí)鐘抖動(dòng)。如果不使用內(nèi)部PLL，建議使用獨(dú)立的晶體振蕩器生成主時(shí)鐘，避免時(shí)鐘信號(hào)通過FPGA、CPLD或其他大型數(shù)字芯片。
• 電源隔離：對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，建議為模擬和數(shù)字部分使用獨(dú)立的電源。如果無法實(shí)現(xiàn)，可使用鐵氧體磁珠對(duì)模擬和數(shù)字電源進(jìn)行隔離。

AD1933以其高性能、靈活的控制和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在音頻系統(tǒng)等設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置參數(shù)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。你在使用類似DAC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎分享交流。