探索PCM1794：高性能音頻數(shù)模轉換器的卓越之選

在音頻處理領域，數(shù)模轉換器（DAC）的性能對最終音頻質量起著關鍵作用。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的PCM1794，一款24位、192kHz采樣的高級分段音頻立體聲數(shù)模轉換器，看看它為何能在音頻設計中脫穎而出。

文件下載：PCM1794DB.pdf

一、PCM1794的特性亮點

高分辨率與出色模擬性能

PCM1794具備24位分辨率，能提供極其精確的音頻轉換。其模擬性能十分卓越，動態(tài)范圍在不同輸出條件下表現(xiàn)優(yōu)異，如9V RMS單聲道時可達132dB，4.5V RMS立體聲為129dB，2V RMS立體聲為127dB?？傊C波失真加噪聲（THD+N）低至0.0004%，能有效還原純凈音頻信號。

先進的數(shù)字濾波與采樣能力

它采用8倍過采樣數(shù)字濾波器，阻帶衰減達 -130dB，通帶紋波僅±0.00001dB，能很好地濾除噪聲和干擾。采樣頻率范圍為10kHz至200kHz，系統(tǒng)時鐘支持128、192、256、384、512或768 fs自動檢測，可適應多種音頻系統(tǒng)需求。

豐富的功能特性

PCM1794支持16位和24位音頻數(shù)據(jù)，提供標準、I2S和左對齊等PCM數(shù)據(jù)格式。還具備數(shù)字去加重、可選的數(shù)字濾波器滾降（尖銳或緩慢）、軟靜音和零標志等功能。采用雙電源供電，5V模擬電源和3.3V數(shù)字電源，數(shù)字輸入具有5V容限，且封裝為小巧的28引腳SSOP，節(jié)省空間。

二、應用領域廣泛

PCM1794適用于多種音頻設備，如A/V接收器、DVD播放器、樂器、HDTV接收器、汽車音頻系統(tǒng)和數(shù)字多軌錄音機等。只要是對24位音頻有需求的應用場景，它都能發(fā)揮出色的性能。

三、技術細節(jié)剖析

絕對最大額定值

在使用PCM1794時，需注意其絕對最大額定值。例如，電源電壓VCC1、VCC2L、VCC2R范圍為 -0.3V至6.5V，VDD為 -0.3V至4V；數(shù)字輸入電壓范圍為 -0.3V至6.5V等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

電氣特性

在典型測試條件下（TA = 25°C，VCC1 = VCC2L = VCC2R = 5V，VDD = 3.3V，fS = 44.1kHz，系統(tǒng)時鐘 = 256 fs，24位數(shù)據(jù)），其分辨率為24位，支持多種音頻數(shù)據(jù)接口格式和位長選擇。動態(tài)性能方面，不同輸出條件下的THD+N、動態(tài)范圍、信噪比和聲道分離度等指標都有詳細數(shù)據(jù)，為工程師設計提供了準確參考。

引腳功能

PCM1794的引腳功能明確，包括模擬地、數(shù)字地、電源引腳、時鐘輸入引腳、音頻數(shù)據(jù)輸入引腳和模擬電流輸出引腳等。例如，BCK為位時鐘輸入，LRCK為左右時鐘輸入，DATA為串行音頻數(shù)據(jù)輸入，IOUTL+和IOUTL - 為左聲道模擬電流輸出等。了解這些引腳功能對于正確連接和使用該器件至關重要。

四、系統(tǒng)時鐘與復位功能

系統(tǒng)時鐘輸入

PCM1794需要系統(tǒng)時鐘來驅動數(shù)字插值濾波器和高級分段DAC調制器，系統(tǒng)時鐘通過SCK引腳輸入。它具備系統(tǒng)時鐘檢測電路，能自動感應時鐘頻率。對于常見音頻采樣率，有多種系統(tǒng)時鐘頻率可供選擇。為了保證最佳性能，建議使用低相位抖動和噪聲的時鐘源，如德州儀器的PLL1700系列多時鐘發(fā)生器。

復位功能

該器件具有上電復位和外部復位功能。上電時，當VDD > 2V，上電復位功能啟用，初始化序列需要1024個系統(tǒng)時鐘周期。外部復位通過RST引腳實現(xiàn)，將RST引腳拉低至少20ns后再拉高，可使器件初始化至默認復位狀態(tài)，這在PCM1794上電和系統(tǒng)時鐘激活有延遲的應用中非常有用。

五、音頻數(shù)據(jù)接口

音頻串行接口

音頻接口是一個3線串行端口，包括LRCK、BCK和DATA引腳。BCK作為串行音頻位時鐘，將DATA引腳上的串行數(shù)據(jù)時鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器；LRCK為左右聲道字時鐘。LRCK和系統(tǒng)時鐘需要同步，但不要求特定相位關系。若兩者關系變化超過±6個BCK，內部操作將在1/fS內初始化，模擬輸出將被強制設置為雙極性零電平，直到重新同步完成。

音頻數(shù)據(jù)格式

PCM1794支持行業(yè)標準音頻數(shù)據(jù)格式，如標準右對齊、I2S和左對齊。通過FMT1和FMT0引腳可選擇數(shù)據(jù)格式，所有格式都要求二進制補碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

六、功能描述

音頻數(shù)據(jù)格式選擇

通過FMT0和FMT1引腳可選擇音頻格式，同時MONO和CHSL引腳可支持單聲道模式和數(shù)字濾波器旁路模式。還能選擇數(shù)字濾波器的滾降特性，如尖銳或緩慢。

軟靜音功能

當MUTE引腳置為高電平時，兩個模擬輸出將以 -0.5dB的步長過渡到雙極性零電平，步長過渡速度為1/fS，可實現(xiàn)無雜音的DAC輸出靜音。

去加重功能

PCM1794針對44.1kHz采樣頻率有去加重濾波器，通過DEM引腳控制。

零檢測功能

在PCM模式下，當檢測到左聲道和右聲道音頻輸入數(shù)據(jù)連續(xù)1024個LRCK周期為零；或在外部濾波模式下，音頻輸入數(shù)據(jù)連續(xù)1024個WDCK周期為零，ZERO引腳將置為高電平。

七、應用電路設計要點

應用電路的重要性

設計應用電路對于實現(xiàn)PCM1794的高信噪比至關重要，因為應用電路中產生的噪聲和失真不可忽視。不同的輸出電平設置會影響信噪比，如輸出電平為2V RMS時，可實現(xiàn)127dB的信噪比；輸出電平為4.5V RMS（立體聲模式）時，能達到129dB的信噪比；單聲道模式下，若將左右聲道輸出作為平衡輸出，可實現(xiàn)132dB的信噪比。

I/V 部分

PCM1794每個輸出引腳在0dB（滿量程）時電流為7.8mA p-p，I/V轉換器的電壓輸出電平由公式Vi = 7.8mA p-p × Rf（Rf為I/V轉換器的反饋電阻）決定。為獲得指定性能，推薦使用NE5534運算放大器，其增益帶寬、建立時間和壓擺率等動態(tài)性能會影響I/V部分的音頻動態(tài)性能。

差分部分

PCM1794的電壓輸出后接差分放大器級，用于對每個聲道的差分信號求和，形成單端I/V運算放大器輸出，同時差分放大器還提供低通濾波功能。推薦使用線性技術的LT1028運算放大器，因其輸入噪聲低。

八、外部數(shù)字濾波器接口應用

在某些應用中，可使用可編程數(shù)字信號處理器作為外部數(shù)字濾波器來執(zhí)行插值功能。通過設置MONO = LOW、CHSL = HIGH、FMTO = HIGH、FMT1 = HIGH等引腳，可啟用外部數(shù)字濾波器應用模式。此時，字時鐘（WDCK）需以所需采樣頻率fS的8倍或4倍運行，PCM1794在該模式下支持右對齊音頻格式，包括24位音頻數(shù)據(jù)。

PCM1794憑借其出色的性能和豐富的功能，為音頻工程師提供了一個強大的工具，能滿足多種音頻應用的需求。在實際設計中，我們需要根據(jù)具體應用場景，合理選擇參數(shù)和設計電路，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用PCM1794的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或有獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。