高性能低成本立體聲A/D轉(zhuǎn)換器PCM1808 - Q1詳解

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，音頻信號的數(shù)字化處理至關(guān)重要。今天，我們來深入了解一款高性能、低成本的單芯片立體聲模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器——PCM1808 - Q1。

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一、產(chǎn)品概述

PCM1808 - Q1專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用單端模擬電壓輸入，具備24位的分辨率，支持8kHz - 96kHz的采樣率。它運(yùn)用了delta - sigma調(diào)制器，進(jìn)行64倍過采樣，并集成了數(shù)字抽取濾波器和高通濾波器，能夠有效去除輸入信號的直流分量。該芯片支持主從模式以及兩種串行音頻接口的數(shù)據(jù)格式，還能通過停止系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)電源關(guān)閉和復(fù)位功能。

二、產(chǎn)品特性

（一）高性能指標(biāo)

1. THD + N（總諧波失真加噪聲）：典型值為 - 93dB，展現(xiàn)了其在抑制諧波失真和噪聲方面的出色能力，能為音頻信號的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換提供保障。
2. SNR（信噪比）：典型值達(dá)到99dB，高信噪比意味著信號中的有用信息占比高，能夠更準(zhǔn)確地還原音頻信號。
3. 動態(tài)范圍：典型值為99dB，寬廣的動態(tài)范圍使得它可以處理從微弱到強(qiáng)烈的各種音頻信號。

（二）過采樣抽取濾波器

1. 過采樣頻率：×64，通過高倍數(shù)的過采樣，能夠提高采樣精度，減少量化噪聲。
2. 通帶紋波：±0.05dB，保證了在通帶內(nèi)信號的穩(wěn)定性。
3. 阻帶衰減： - 65dB，有效抑制了阻帶內(nèi)的干擾信號。
4. 片上高通濾波器：在48kHz采樣率下為0.91Hz，可去除輸入信號中的直流分量。

（三）靈活的PCM音頻接口

1. 主從模式可選：可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，靈活選擇主模式或從模式。在主模式下，PCM1808 - Q1為串行音頻數(shù)據(jù)通信提供時(shí)序；在從模式下，它接收來自外部控制器的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序。
2. 數(shù)據(jù)格式多樣：支持24位I2S和24位左對齊兩種數(shù)據(jù)格式，滿足不同系統(tǒng)的接口要求。

（四）其他特性

1. 電源管理：可通過停止系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)電源關(guān)閉和復(fù)位功能，方便進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)。
2. 抗混疊低通濾波器：內(nèi)部集成模擬抗混疊低通濾波器，減少了外部電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
3. 寬采樣率范圍：支持8kHz - 96kHz的采樣率，適應(yīng)不同音頻應(yīng)用的需求。

三、電氣特性

（一）絕對最大額定值

在使用PCM1808 - Q1時(shí)，需要注意其絕對最大額定值，如模擬電源電壓范圍為 - 0.3V至6.5V，數(shù)字電源電壓范圍為 - 0.3V至4V等。超出這些額定值可能會對芯片造成永久性損壞。

（二）推薦工作條件

為了確保芯片的正常工作和性能，推薦模擬電源電壓為4.5 - 5.5V，數(shù)字電源電壓為2.7 - 3.6V等。在這些條件下，芯片能夠發(fā)揮出最佳性能。

（三）電氣性能指標(biāo)

1. 分辨率：24位，保證了高精度的音頻轉(zhuǎn)換。
2. 動態(tài)性能：如THD + N、SNR、動態(tài)范圍等指標(biāo)，在不同的采樣率和輸入信號條件下都有出色的表現(xiàn)。
3. 通道分離度：在不同采樣率下，通道分離度都能達(dá)到較高水平，減少了聲道之間的串?dāng)_。

四、引腳功能

PCM1808 - Q1采用14引腳TSSOP封裝，各引腳功能明確，例如：

1. AGND（引腳2）：模擬地。
2. BCK（引腳8）：音頻數(shù)據(jù)位時(shí)鐘輸入/輸出。
3. DOUT（引腳9）：音頻數(shù)據(jù)數(shù)字輸出。
4. SCKI（引腳6）：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入，支持256 (f{S}) 、384 (f{S}) 和512 (f_{S}) 三種系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

五、系統(tǒng)時(shí)鐘與工作模式

（一）系統(tǒng)時(shí)鐘

PCM1808 - Q1支持256 (f{S}) 、384 (f{S}) 和512 (f{S}) 作為系統(tǒng)時(shí)鐘，其中 (f{S}) 為音頻采樣頻率。在從模式下，芯片能自動檢測系統(tǒng)時(shí)鐘頻率；在主模式下，需通過串行控制端口控制系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

（二）工作模式

1. 主模式：BCK和LRCK作為輸出引腳，由芯片內(nèi)部時(shí)鐘電路控制時(shí)序，BCK頻率固定為64 BCK/幀。
2. 從模式：BCK和LRCK作為輸入引腳，支持64 - BCK/幀或48 - BCK/幀格式（僅適用于384 - (f_{S}) 系統(tǒng)時(shí)鐘）。

六、功能特性

（一）淡入淡出功能

PCM1808 - Q1在DOUT引腳具備淡入淡出功能，可避免爆音。淡入淡出操作通過計(jì)算偽S形特性并進(jìn)行過零檢測來實(shí)現(xiàn)，所需時(shí)間取決于模擬輸入頻率。

（二）上電操作

芯片內(nèi)部有上電復(fù)位電路，當(dāng)數(shù)字電源 (V_{DD}) 超過2.2V（典型值）時(shí)，自動進(jìn)行初始化。復(fù)位狀態(tài)解除后，經(jīng)過一定時(shí)間數(shù)字輸出才有效，并且由于淡入操作，還需要額外的時(shí)間才能獲得對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)據(jù)。

（三）時(shí)鐘停止電源關(guān)閉和復(fù)位功能

通過停止SCKI引腳的時(shí)鐘信號，可觸發(fā)電源關(guān)閉和復(fù)位功能。復(fù)位和電源關(guān)閉在SCKI停止后4μs（最?。┳詣訄?zhí)行，釋放復(fù)位和電源關(guān)閉模式需要重新提供SCKI信號。

七、串行音頻數(shù)據(jù)接口

（一）接口模式

（二）數(shù)據(jù)格式

通過FMT引腳選擇數(shù)據(jù)格式，支持24位I2S和24位左對齊兩種格式。

（三）接口時(shí)序

在主從模式下，各信號的時(shí)序參數(shù)有所不同，如BCK周期、脈沖持續(xù)時(shí)間、延遲時(shí)間等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要嚴(yán)格按照這些時(shí)序要求進(jìn)行布局和布線，以確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。

八、與數(shù)字音頻系統(tǒng)的同步

在從模式下，PCM1808 - Q1需要LRCK與系統(tǒng)時(shí)鐘SCKI同步。如果LRCK和SCKI的關(guān)系在一個(gè)采樣周期內(nèi)變化超過一定范圍，ADC內(nèi)部操作將停止，數(shù)字輸出強(qiáng)制為零數(shù)據(jù)，直到重新建立同步。

PCM1808 - Q1以其高性能、低成本和靈活的接口特性，在音頻處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。各位電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式和參數(shù)，以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢。大家在使用PCM1808 - Q1的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。