AD1939：高性能音頻編解碼器的卓越之選

在電子設計領域，音頻編解碼器的性能對于各類音頻系統(tǒng)的質量起著關鍵作用。今天我們要深入探討的是ADI公司的AD1939，一款高性能的單芯片編解碼器，它為音頻處理帶來了諸多先進特性和出色性能。

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一、特性亮點

1. 時鐘與低EMI設計

AD1939支持PLL生成或直接使用主時鐘，這種靈活的時鐘模式為設計帶來了更多選擇。其低EMI設計在系統(tǒng)和電路架構中都有體現，通過片上PLL從LR時鐘或外部晶體導出主時鐘，消除了對單獨高頻主時鐘的需求，還能與抑制位時鐘配合使用。同時，DAC和ADC采用最新的連續(xù)時間架構，進一步降低了EMI。使用3.3V電源不僅降低了功耗，還減少了電磁輻射。

2. 出色的動態(tài)范圍和低失真

該編解碼器擁有112dB DAC/107dB ADC的動態(tài)范圍和SNR， -94dB的THD + N，能夠提供高保真的音頻處理，有效減少失真和噪聲，為用戶帶來清晰、純凈的音頻體驗。

3. 寬采樣率和數據格式支持

支持24位和8kHz至192kHz的采樣率，涵蓋了廣泛的音頻應用場景。同時具備右對齊、左對齊、I2S和TDM等多種數據模式，以及主從模式下最多16通道的輸入/輸出，滿足不同系統(tǒng)的需求。

4. 靈活的控制功能

SPI可控的設計使得微控制器可以方便地調整音量和許多其他參數。軟件可控的無咔嗒聲靜音和軟件掉電功能，為系統(tǒng)的控制和節(jié)能提供了便利。

5. 汽車級應用資質

AD1939經過汽車應用認證，適用于汽車音頻系統(tǒng)等對可靠性要求較高的場景，展現了其在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

二、應用領域

1. 汽車音頻系統(tǒng)

在汽車中，AD1939可以為乘客提供高品質的音頻享受。其低EMI設計和寬采樣率范圍能夠適應汽車復雜的電磁環(huán)境和多樣化的音頻源，確保音頻的清晰和穩(wěn)定。

2. 家庭影院系統(tǒng)

對于家庭影院來說，高保真的音頻是關鍵。AD1939的高動態(tài)范圍和低失真特性，能夠準確還原音頻信號，營造出沉浸式的觀影體驗。

3. 機頂盒和數字音頻效果處理器

在機頂盒和數字音頻效果處理器中，AD1939可以處理多種音頻格式，實現音頻的解碼和處理，為用戶帶來豐富的音頻效果。

三、技術參數詳解

1. 模擬性能

在模擬性能方面，ADC分辨率為24位，動態(tài)范圍在不同條件下表現出色。例如，在20Hz至20kHz、 -60dB輸入時，無濾波器（RMS）動態(tài)范圍可達96 - 102dB，帶A加權濾波器（RMS）可達98 - 105dB。DAC的動態(tài)范圍同樣優(yōu)秀，在相同輸入條件下，無濾波器（RMS）為102 - 107dB，帶A加權濾波器（RMS）為105 - 110dB，帶A加權濾波器（平均）為112dB。

2. 數字輸入/輸出

數字輸入/輸出規(guī)格在 -40°C至 +105°C的溫度范圍內，DVDD = 3.3V ± 10%時表現穩(wěn)定。高電平輸入電壓（VIH）為2.0V（MCLKI/XI引腳為2.2V），低電平輸入電壓（VIL）為0.8V，輸入泄漏電流在規(guī)定范圍內。

3. 電源供應

電源供應方面，DVDD和AVDD為3.0 - 3.6V，VSUPPLY為4.5 - 5.5V。不同采樣率下的數字電流和模擬電流有所不同，例如在48kHz采樣率下，正常運行時數字電流為56mA，模擬電流為74mA；在掉電模式下，數字電流為2.0mA，模擬電流為23mA。

4. 數字濾波器

ADC和DAC的數字濾波器具有良好的性能。ADC的抽取濾波器在48kHz模式下，通帶為0.4375fS（約21kHz），阻帶衰減為79dB；DAC的插值濾波器在不同采樣率模式下也有相應的性能表現，如48kHz模式下通帶為0.4535fS（約22kHz）。

5. 時序規(guī)格

在時序規(guī)格方面，輸入主時鐘（MCLK）的占空比在不同模式下有要求，如DAC/ADC時鐘源為PLL時鐘@256fS、384fS、512fS和768fS時，MCLK占空比為40 - 60%。SPI端口、DAC和ADC串行端口等也有相應的時序要求。

四、引腳配置與功能

AD1939采用64引腳的LQFP封裝，其引腳配置涵蓋了模擬和數字的輸入輸出、時鐘信號、控制信號等。例如，AGND為模擬地，AVDD為模擬電源，MCLKI/XI為主時鐘輸入/晶體振蕩器輸入，DBCLK為DAC的位時鐘等。每個引腳都有其特定的功能，為系統(tǒng)的設計和連接提供了清晰的指引。

五、理論操作原理

1. 模數轉換器（ADCs）

AD1939有四個ADC通道，配置為兩個立體聲對，采用差分輸入。ADC可以在48kHz、96kHz或192kHz的標稱采樣率下運行，內置數字抗混疊濾波器，具有79dB的阻帶衰減和線性相位響應。數字輸出通過兩個串行數據輸出引腳和一個公共幀時鐘（ALRCLK）和位時鐘（ABCLK）提供。為了獲得最佳性能，ADC應從差分信號源驅動，輸入引腳連接到內部開關電容，需要使用外部100Ω電阻和1nF電容進行隔離。

2. 數模轉換器（DACs）

DAC通道為差分的四個立體聲對，提供八個模擬輸出，以提高噪聲和失真性能。DAC內置數字重建濾波器，具有70dB的阻帶衰減和線性相位響應，在不同采樣率模式下的過采樣比不同。每個通道都有獨立可編程的衰減器，可在255步內以0.375dB的增量進行調整。數字輸入通過四個串行數據輸入引腳和一個公共幀時鐘（DLRCLK）和位時鐘（DBCLK）提供。

3. 時鐘信號

片上鎖相環(huán)（PLL）可以從LRCLK引腳或MCLKI/XI引腳參考輸入采樣率，默認上電時為256 × fS。ADC的內部時鐘為256 × fS，DAC的內部時鐘根據模式不同而變化。在192kHz模式下，必須使用片上PLL。PLL可以在PLL和時鐘控制0寄存器中進行掉電操作，以確保在更改PLL模式或參考時鐘不穩(wěn)定時可靠鎖定。

六、總結與思考

AD1939作為一款高性能的音頻編解碼器，憑借其豐富的特性、出色的性能和廣泛的應用領域，為音頻系統(tǒng)設計提供了強大的支持。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇時鐘模式、采樣率和數據格式，同時注意引腳的連接和電源的供應。你在使用類似編解碼器時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。