探索ADAU7112：立體聲PDM到I2S/TDM轉(zhuǎn)換器的卓越性能

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，音頻處理技術(shù)也在持續(xù)進(jìn)步。ADAU7112作為一款立體聲PDM到I2S/TDM轉(zhuǎn)換器，為音頻處理帶來(lái)了新的解決方案。本文將深入剖析ADAU7112的特性、應(yīng)用及工作原理，希望能為電子工程師們?cè)谝纛l設(shè)計(jì)方面提供有價(jià)值的參考。

文件下載：ADAU7112.pdf

一、ADAU7112的特性亮點(diǎn)

1. 音頻輸入與處理能力

• PDM音頻輸入：具備2通道的PDM音頻輸入，可直接連接數(shù)字麥克風(fēng)，為音頻采集提供了便利。
• 高分辨率與低噪聲：24位分辨率能夠支持高聲壓級(jí)（SPL）麥克風(fēng)，同時(shí)擁有126 dB的A加權(quán)信噪比，確保了高質(zhì)量的音頻處理。
• 靈活的采樣率：輸出采樣率范圍為4 kHz至96 kHz，并且支持64×、128×、192×、256×、384×或512×輸出采樣率的位時(shí)鐘速率，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2. 電源管理與節(jié)能特性

• 自動(dòng)時(shí)鐘生成與電源管理：能夠自動(dòng)生成PDM時(shí)鐘，并且在移除BCLK時(shí)自動(dòng)進(jìn)入掉電狀態(tài)，有效降低功耗。
• 低工作電流：在48 kHz采樣率和1.8 V電源下，DVDD工作電流僅為0.36 mA，典型DVDD關(guān)機(jī)電流為4 μA，展現(xiàn)了出色的節(jié)能性能。

3. 輸出接口與配置靈活性

• I2S/TDM輸出接口：支持從I2S或TDM輸出接口輸出音頻數(shù)據(jù)，最高支持TDM - 16，并且TDM插槽可配置，方便與不同的音頻系統(tǒng)集成。
• 寬電壓范圍：I/O電源電壓范圍為1.70 V至3.63 V，DVDD核心電源電壓范圍為1.10 V至1.98 V，增強(qiáng)了設(shè)備的適應(yīng)性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

ADAU7112的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域都有出色的表現(xiàn)，包括移動(dòng)計(jì)算、便攜式電子設(shè)備、消費(fèi)電子和專(zhuān)業(yè)電子設(shè)備等。在這些應(yīng)用中，它能夠?qū)⒘Ⅲw聲脈沖密度調(diào)制（PDM）位流轉(zhuǎn)換為脈沖編碼調(diào)制（PCM）輸出流，為音頻系統(tǒng)提供高質(zhì)量的音頻處理。

三、技術(shù)規(guī)格詳解

1. 電氣參數(shù)

• 數(shù)字輸入輸出：輸入電壓高電平（VIH）為0.7 × IOVDD，低電平（VIL）為0.3 × IOVDD；輸出電壓高電平（VOH）為0.85 × IOVDD，低電平（VOL）為0.1 × IOVDD。
• 動(dòng)態(tài)范圍與信噪比：動(dòng)態(tài)范圍為126 dB（20 Hz至20 kHz，?60 dB輸入，A加權(quán)濾波器，rms，相對(duì)于0 dBFS輸出），信噪比為126 dB（A加權(quán)濾波器，五階輸入，相對(duì)于0 dBFS輸出）。
• 時(shí)鐘參數(shù)：輸出采樣率（fS）范圍為4 kHz至96 kHz，位時(shí)鐘頻率（fBCLK）范圍為0.256 MHz至24.576 MHz，PDM_CLK頻率（fPDM_CLK）范圍為0.256 MHz至6.144 MHz。

2. 時(shí)序規(guī)格

• 串行端口時(shí)序：包括FSYNC頻率、周期，BCLK頻率、周期，以及相關(guān)的建立時(shí)間、保持時(shí)間和數(shù)據(jù)延遲等參數(shù)，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
• PDM輸入時(shí)序：數(shù)據(jù)建立時(shí)間為9 ns，數(shù)據(jù)保持時(shí)間為3 ns，保證了PDM數(shù)據(jù)的正確采集。

3. 絕對(duì)最大額定值

• 電壓與溫度范圍：DVDD至GND最大為1.98 V，IOVDD至GND最大為3.63 V；最大工作環(huán)境溫度范圍為?40°C至+85°C，結(jié)溫范圍為?65°C至+165°C，存儲(chǔ)溫度范圍為?65°C至+150°C。
• 靜電放電（ESD）：ESD敏感度為4.5 kV，使用時(shí)需注意靜電防護(hù)。

四、工作原理與操作要點(diǎn)

1. 音頻轉(zhuǎn)換原理

ADAU7112將1位PDM源的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行64×下采樣，轉(zhuǎn)換為24位PCM音頻輸出。輸入源可以是任何具有從PDM輸出的設(shè)備，如數(shù)字麥克風(fēng)，其輸出引腳可直接連接到ADAU7112的輸入引腳。

2. 上電與初始化

• 電源要求：需要IOVDD和DVDD兩個(gè)電源，可同時(shí)供電，若不同時(shí)供電，需先提供IOVDD，再提供DVDD。
• 初始化過(guò)程：電源穩(wěn)定后，設(shè)備初始化并準(zhǔn)備接收I2S時(shí)鐘。初始化完成并施加I2S時(shí)鐘后，經(jīng)過(guò)16個(gè)完整的幀同步周期開(kāi)始發(fā)送PDM時(shí)鐘，再經(jīng)過(guò)48個(gè)幀同步周期，PDM數(shù)據(jù)可在SDATA引腳獲取。

3. 時(shí)鐘管理

• 時(shí)鐘要求：BCLK速率至少為幀同步（FSYNC）采樣率的64×，支持128×、192×、256×、384×和512× FSYNC速率。
• 時(shí)鐘變化處理：在正常操作中，若移除位時(shí)鐘或幀同步信號(hào)，ADAU7112會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)；時(shí)鐘恢復(fù)后，重新鎖定信號(hào)并調(diào)整PDM_CLK輸出，通常需要4幀 ± 1幀來(lái)鎖定輸入信號(hào)。

4. 電源掉電狀態(tài)

通過(guò)停止發(fā)送到設(shè)備的幀和位時(shí)鐘，可將ADAU7112置于掉電狀態(tài)；恢復(fù)發(fā)送時(shí)鐘即可退出掉電模式。

5. 串行音頻輸出接口

• 輸出格式：支持I2S和TDM串行輸出格式，最高支持TDM - 16，但只能將數(shù)據(jù)放置在前八個(gè)插槽中。
• 配置選項(xiàng)：通過(guò)CONFIG引腳可將內(nèi)部通道對(duì)路由到四個(gè)不同的輸出插槽對(duì)，不同的配置對(duì)應(yīng)不同的TDM數(shù)據(jù)放置方式。

五、應(yīng)用電路與注意事項(xiàng)

1. 應(yīng)用電路示例

文檔中給出了一個(gè)使用兩個(gè)PDM源的示例應(yīng)用電路，并詳細(xì)說(shuō)明了如何設(shè)置CONFIG引腳以實(shí)現(xiàn)可選的數(shù)據(jù)格式。

2. PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為降低PCB制造成本，大多數(shù)常見(jiàn)配置不需要過(guò)孔焊盤(pán)。CONFIG引腳可懸空，或通過(guò)頂層PCB走線(xiàn)連接到附近的IOVDD引腳或GND引腳。僅在需要上拉或下拉電阻時(shí)才需要過(guò)孔焊盤(pán)。

六、總結(jié)

ADAU7112作為一款高性能的立體聲PDM到I2S/TDM轉(zhuǎn)換器，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和靈活的配置選項(xiàng)，為電子工程師在音頻設(shè)計(jì)方面提供了強(qiáng)大的工具。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理設(shè)置參數(shù)，注意電源管理和時(shí)鐘配置，以充分發(fā)揮ADAU7112的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意靜電防護(hù)和PCB設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用ADAU7112的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。