深入剖析AD1938：高性能音頻編解碼器的技術(shù)奧秘

在音頻處理領(lǐng)域，高性能的編解碼器是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)音頻體驗的關(guān)鍵。AD1938作為一款出色的單芯片編解碼器，為音頻系統(tǒng)設(shè)計帶來了諸多優(yōu)勢。今天，我們就來深入剖析AD1938的特點、性能及應(yīng)用。

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一、AD1938概述

AD1938是一款高性能單芯片編解碼器，集成了四個模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和八個數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）。它采用了ADI公司專利的多位Σ - Δ架構(gòu)，具備SPI端口，方便微控制器調(diào)整音量和其他參數(shù)。該芯片采用3.3V數(shù)字和模擬電源供電，有48引腳（單端輸出）LQFP封裝，其家族還有差分DAC輸出和I2C控制端口版本。

二、關(guān)鍵特性

2.1 時鐘與低EMI設(shè)計

• PLL時鐘生成：支持PLL生成或直接使用主時鐘，可從LR時鐘或外部晶體獲取主時鐘，消除了對單獨高頻主時鐘的需求，還能配合抑制位時鐘使用。
• 低EMI設(shè)計：系統(tǒng)和電路設(shè)計架構(gòu)都考慮了低EMI因素。DAC和ADC采用最新的ADI連續(xù)時間架構(gòu)，進(jìn)一步降低EMI。使用3.3V電源，降低功耗和輻射。

2.2 高性能指標(biāo)

• 動態(tài)范圍和SNR：DAC動態(tài)范圍可達(dá)108dB，ADC可達(dá)107dB，THD + N低至 - 94dB。
• 采樣率和位寬：支持24位和8kHz至192kHz的采樣率，滿足不同音頻應(yīng)用需求。
• 其他特性：具有對數(shù)音量控制和自動斜坡功能，SPI可控，軟件可控制無咔嗒聲靜音和軟件掉電功能。支持多種數(shù)據(jù)格式和模式，包括右對齊、左對齊、I2S對齊和TDM模式，以及主從模式下的多達(dá)16通道輸入/輸出。

三、性能規(guī)格

3.1 模擬性能

• ADC性能：分辨率為24位，在不同條件下動態(tài)范圍表現(xiàn)出色，如無濾波器時RMS可達(dá)98 - 102dB，A加權(quán)濾波器下RMS可達(dá)100 - 105dB?？傊C波失真 + 噪聲在 - 1dBFS時低至 - 96dB。
• DAC性能：動態(tài)范圍同樣優(yōu)秀，無濾波器RMS為98 - 104dB，A加權(quán)濾波器RMS為100 - 106dB，A加權(quán)濾波器平均可達(dá)108dB。單端版本在不同通道運行時，總諧波失真 + 噪聲表現(xiàn)良好。

3.2 數(shù)字輸入/輸出和電源規(guī)格

• 數(shù)字輸入/輸出：在 - 40°C至 + 125°C溫度范圍內(nèi)，滿足特定的電壓和電流要求，如高電平輸入電壓、低電平輸入電壓等。
• 電源規(guī)格：電源電壓為3.0 - 3.6V，不同工作模式下的數(shù)字和模擬電流不同，正常工作時數(shù)字電流在48kHz采樣率下為56mA，掉電模式下電流大幅降低。

四、工作原理

4.1 ADC工作原理

AD1938有四個ADC通道，配置為兩個立體聲對，采用差分輸入。ADC可在48kHz、96kHz或192kHz的標(biāo)稱采樣率下工作，內(nèi)置數(shù)字抗混疊濾波器，具有79dB的阻帶衰減和線性相位響應(yīng)，過采樣比為128。數(shù)字輸出通過兩個串行數(shù)據(jù)輸出引腳提供，也可使用TDM模式訪問多達(dá)16個通道。為獲得最佳性能，ADC應(yīng)從差分信號源驅(qū)動，輸入引腳需進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x處理。

4.2 DAC工作原理

DAC通道為單端、四個立體聲對，提供八個模擬輸出。內(nèi)置數(shù)字重建濾波器，具有70dB的阻帶衰減和線性相位響應(yīng)，過采樣比在48kHz或96kHz模式下為4，192kHz模式下為2。每個通道有獨立可編程的衰減器，可在255步內(nèi)以0.375dB的增量調(diào)節(jié)。數(shù)字輸入通過四個串行數(shù)據(jù)輸入引腳提供，也可使用TDM模式。輸出引腳有1.5V的標(biāo)稱共模直流電平，建議使用單運放三階外部低通濾波器去除高頻噪聲。

4.3 時鐘信號

• PLL時鐘選擇：片上PLL可從LRCLK引腳或MCLKI/XI引腳參考輸入采樣率，默認(rèn)上電時為256 × fS。不同采樣率模式下，主時鐘頻率和實際乘法率會相應(yīng)變化。
• 內(nèi)部時鐘設(shè)置：ADC的內(nèi)部時鐘為256 × fS，DAC的內(nèi)部時鐘根據(jù)模式不同而變化。默認(rèn)情況下，片上PLL從外部時鐘生成內(nèi)部主時鐘，也可選擇直接的512 × fS主時鐘，但192kHz模式下必須使用片上PLL。
• PLL控制和時鐘穩(wěn)定性：PLL可在PLL和時鐘控制0寄存器中進(jìn)行掉電操作，以確保模式切換或參考時鐘不穩(wěn)定時的可靠鎖定。內(nèi)部主時鐘可在該寄存器中禁用以降低功耗，時鐘啟用前應(yīng)保持穩(wěn)定。為保證性能，應(yīng)限制內(nèi)部主時鐘信號的時鐘抖動小于300ps rms TIE。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

AD1938適用于多種音頻應(yīng)用場景，包括汽車音頻系統(tǒng)、家庭影院系統(tǒng)、機(jī)頂盒和數(shù)字音頻效果處理器等。其高性能和豐富的功能為這些應(yīng)用提供了可靠的音頻處理解決方案。

六．總結(jié)

AD1938以其卓越的性能、靈活的配置和低EMI設(shè)計，成為音頻系統(tǒng)設(shè)計中的理想選擇。電子工程師在設(shè)計音頻系統(tǒng)時，可充分利用AD1938的特點，實現(xiàn)高質(zhì)量的音頻處理。你在使用AD1938或其他音頻編解碼器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。