PCM1744立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在音頻處理領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）扮演著至關(guān)重要的角色，它將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，直接影響著音頻的質(zhì)量。今天我們要探討的是Burr - Brown公司的PCM1744立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它以其出色的性能和豐富的特性，在低成本、CD質(zhì)量的消費音頻應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。

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一、PCM1744的特性亮點

1. 完整的立體聲DAC

PCM1744是一款完整的低成本立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，集成了數(shù)字濾波器和輸出放大器，為音頻處理提供了一站式解決方案。

2. 出色的動態(tài)范圍

其動態(tài)范圍達到95dB，能夠清晰地還原音頻信號的細節(jié)，提供高質(zhì)量的音頻體驗。

3. 多采樣頻率支持

支持高達96kHz的采樣頻率，并且可以接受16kHz到96kHz的數(shù)字音頻采樣頻率，滿足不同音頻應(yīng)用的需求。

4. 8倍過采樣數(shù)字濾波器

數(shù)字濾波器執(zhí)行8倍插值功能，并在44.1kHz時提供去加重功能，有效提高音頻質(zhì)量。

5. 靈活的系統(tǒng)時鐘

系統(tǒng)時鐘可以是256fS或384fS，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活性。

6. 24位I2S數(shù)據(jù)輸入格式

采用24位I2S數(shù)據(jù)輸入格式，確保了高精度的音頻數(shù)據(jù)傳輸。

7. 小巧的封裝

采用14引腳的SOIC封裝，體積小巧，適合各種空間有限的應(yīng)用。

二、技術(shù)規(guī)格詳解

1. 分辨率與數(shù)據(jù)格式

PCM1744的分辨率為24位，音頻數(shù)據(jù)接口格式為I2S，采用二進制補碼表示。

2. 采樣頻率與系統(tǒng)時鐘

采樣頻率范圍為16kHz到96kHz，內(nèi)部系統(tǒng)時鐘頻率為256fS/384fS。

3. 動態(tài)性能

在滿量程（0dB）時，總諧波失真加噪聲（THD + N）為 - 83dB；在 - 60dB時，THD + N為 - 79dB；動態(tài)范圍為95dB，信噪比為97dB，聲道分離度為95dB。

4. 直流精度

增益誤差為±1.0% FSR，聲道間增益失配為±5.0% FSR，雙極性零誤差為±50mV。

5. 模擬輸出

輸出電壓中心電壓為VCC/2，負載阻抗為10kΩ。

6. 數(shù)字濾波器性能

通帶范圍為0.445fS - 0.555fS，阻帶衰減為 - 35dB，通帶波紋為±0.17dB，延遲時間為11.125/fS秒。

7. 電源要求

電壓范圍為4.5 - 5.5V DC，電源電流為13 - 18mA，功耗為65 - 90mW。

8. 溫度范圍

工作溫度范圍為 - 25°C到 + 85°C，存儲溫度范圍為 - 55°C到 + 125°C。

三、引腳配置與功能

注：(1) 施密特觸發(fā)輸入；(2) 帶內(nèi)部上拉的施密特觸發(fā)輸入。

四、系統(tǒng)時鐘與同步

PCM1744的系統(tǒng)時鐘必須是256fS或384fS，系統(tǒng)時鐘用于驅(qū)動數(shù)字濾波器和噪聲整形器。系統(tǒng)時鐘輸入（SCKI）在引腳14，并且系統(tǒng)時鐘應(yīng)與LRCIN（引腳1）同步，但PCM1744可以補償相位差。如果LRCIN和系統(tǒng)時鐘之間的相位差大于±6個位時鐘（BCKIN），則會自動進行同步，在同步期間，模擬輸出將被強制為雙極性零狀態(tài)（VCC / 2）。

五、輸入數(shù)據(jù)格式與復(fù)位

1. 輸入數(shù)據(jù)格式

PCM1744可以接受24位I2S格式的輸入數(shù)據(jù)。

2. 復(fù)位

PCM1744具有內(nèi)部上電復(fù)位電路，當(dāng)電源電壓VCC > 2.2V（典型值）時，上電復(fù)位初始化，初始化周期等于VCC > 2.2V后的1024個系統(tǒng)時鐘周期。在初始化期間，DAC的輸出無效，模擬輸出被強制為VCC / 2。

六、去加重控制

引腳12（DM）用于啟用PCM1744的去加重功能，去加重功能僅在44.1kHz時有效。

七、應(yīng)用考慮

1. 延遲時間

在Δ - Σ轉(zhuǎn)換器中存在有限的延遲時間，PCM1744的延遲時間由FIR濾波器級的階數(shù)和所選的采樣率決定，計算公式為TD = 11.125 × 1 / fS。對于fS = 44.1kHz，TD = 251.4μs。對于使用光盤或磁帶源數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如CD音頻、CD - 交互式、視頻CD、DAT、迷你光盤等，通常不受延遲時間的影響；但對于一些專業(yè)應(yīng)用，如演播室廣播音頻，總延遲時間小于2ms很重要。

2. 輸出濾波

為了測試目的，所有動態(tài)測試都使用20kHz低通濾波器對PCM1744進行。該濾波器將THD + N等測量帶寬限制在20kHz，不使用該濾波器會導(dǎo)致THD + N更高，信噪比和動態(tài)范圍讀數(shù)低于規(guī)格值。如果用戶的應(yīng)用中PCM1744驅(qū)動寬帶放大器，建議使用外部低通濾波器，如簡單的3階濾波器。

3. 電源旁路

電源應(yīng)盡可能靠近設(shè)備進行旁路，建議在10μF鉭旁路電容上并聯(lián)一個0.1μF陶瓷電容。

八、工作原理

PCM1744的Δ - Σ部分基于5電平幅度量化器和3階噪聲整形器，將過采樣輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5電平Δ - Σ格式。與典型的1位（2電平）Δ - Σ調(diào)制器相比，5電平Δ - Σ調(diào)制器具有穩(wěn)定性和時鐘抖動方面的優(yōu)勢。對于384fS系統(tǒng)時鐘，Δ - Σ調(diào)制器和內(nèi)部8倍插值濾波器的組合過采樣率為96fS；對于256fS系統(tǒng)時鐘，組合過采樣率為64fS。

九、封裝與訂購信息

PCM1744采用SO - 14封裝，有不同的訂購選項，如PCM1744U和PCM1744U/2K等，同時還提供了詳細的封裝材料信息。

總的來說，PCM1744以其豐富的特性和出色的性能，為低成本、CD質(zhì)量的消費音頻應(yīng)用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置系統(tǒng)時鐘、輸入數(shù)據(jù)格式、去加重控制等參數(shù)，并注意延遲時間、輸出濾波和電源旁路等問題，以確保音頻系統(tǒng)的高質(zhì)量運行。你在使用PCM1744的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。