深入解析PCM1725立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）扮演著至關(guān)重要的角色，它直接影響著音頻的質(zhì)量和性能。PCM1725作為一款經(jīng)典的立體聲音頻DAC，以其低成本、高性能的特點(diǎn)，在消費(fèi)音頻領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款PCM1725。

文件下載：PCM1725D.pdf

一、PCM1725的主要特性

1. 集成度高

PCM1725是一款完整的立體聲DAC，內(nèi)部集成了數(shù)字濾波器和輸出放大器，這使得設(shè)計(jì)人員在構(gòu)建音頻系統(tǒng)時(shí)更加方便，減少了外部元件的使用，降低了成本和電路板空間。

2. 出色的動(dòng)態(tài)范圍

其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)95dB，能夠提供清晰、準(zhǔn)確的音頻信號(hào)，有效減少噪聲和失真，為用戶(hù)帶來(lái)高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。

3. 多采樣頻率支持

支持16kHz到96kHz的多種采樣頻率，具有很強(qiáng)的通用性，可以適應(yīng)不同的音頻源和應(yīng)用場(chǎng)景。

4. 8倍過(guò)采樣數(shù)字濾波器

該濾波器不僅能夠提高音頻的分辨率和質(zhì)量，還在44.1kHz時(shí)具備去加重功能，進(jìn)一步優(yōu)化音頻效果。

5. 靈活的系統(tǒng)時(shí)鐘

系統(tǒng)時(shí)鐘可以選擇 (256f{S}) 或 (384 f{S})，為設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性，滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的需求。

6. 多種數(shù)據(jù)輸入格式

支持正常和I2S兩種數(shù)據(jù)輸入格式，方便與各種音頻設(shè)備進(jìn)行連接和通信。

7. 小巧封裝

采用14引腳的SOIC封裝，體積小巧，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

二、PCM1725的詳細(xì)規(guī)格

1. 分辨率

PCM1725的分辨率為16位，能夠提供較高的音頻精度，滿(mǎn)足大多數(shù)消費(fèi)音頻應(yīng)用的需求。

2. 數(shù)據(jù)格式

音頻數(shù)據(jù)接口格式支持標(biāo)準(zhǔn)和I2S兩種，音頻數(shù)據(jù)格式為二進(jìn)制補(bǔ)碼，采樣頻率范圍為16kHz - 96kHz，內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 (256f{S}) 或 (384 f{S})。

3. 動(dòng)態(tài)性能

在滿(mǎn)量程（0dB）時(shí)，總諧波失真加噪聲（THD+N）在991kHz時(shí)典型值為 -83dB，最大值為 -78dB；聲道分離度典型值為95dB。

4. 直流精度

增益誤差典型值為 ±1.0% FSR，聲道間增益失配典型值為 ±1.0% FSR，雙極性零誤差典型值為 ±20mV。

5. 模擬輸出

滿(mǎn)量程輸出電壓為10Vp-p，中心電壓為 (V_{CC} / 2)，負(fù)載阻抗為10kΩ。

6. 數(shù)字濾波器性能

通帶延遲時(shí)間為 (11.125/f_{S}) 秒，通帶紋波為 ±0.17dB，阻帶衰減為 -35dB。

7. 內(nèi)部模擬濾波器

-3dB帶寬為100kHz，通帶響應(yīng)在20kHz時(shí)為 -0.16dB。

8. 電源要求

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

9. 溫度范圍

工作溫度范圍為 -25°C 到 +85°C，存儲(chǔ)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)器輸入；(2) 帶內(nèi)部上拉的施密特觸發(fā)器輸入。

四、系統(tǒng)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)輸入

1. 系統(tǒng)時(shí)鐘

PCM1725的系統(tǒng)時(shí)鐘必須為 (256 f{S}) 或 (384 f{S})，其中 (f{S}) 是音頻采樣頻率，通常為32kHz、44.1kHz或48kHz。系統(tǒng)時(shí)鐘用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字濾波器和噪聲整形器，其輸入引腳為14腳（SCKI）。該芯片具有系統(tǒng)時(shí)鐘檢測(cè)電路，能夠自動(dòng)檢測(cè)時(shí)鐘頻率，并可補(bǔ)償LRCIN與系統(tǒng)時(shí)鐘之間的相位差。當(dāng)相位差大于 ±6 個(gè)位時(shí)鐘（BCKIN）時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同步，同步期間模擬輸出將被強(qiáng)制設(shè)置為雙極性零狀態(tài)（ (V{CC} / 2) ）。

2. 數(shù)據(jù)輸入格式

PCM1725可以接受正常（MSB優(yōu)先，右對(duì)齊）或I2S兩種數(shù)據(jù)格式。通過(guò)引腳13（FORMAT）進(jìn)行選擇，低電平時(shí)選擇正常數(shù)據(jù)格式，高電平時(shí)選擇I2S格式。

五、復(fù)位與去加重控制

1. 復(fù)位

PCM1725具有內(nèi)部上電復(fù)位電路，當(dāng)電源電壓 (V{CC}>2.2V)（典型值）時(shí)，內(nèi)部上電復(fù)位開(kāi)始初始化，初始化周期為 (V{CC}>2.2V) 后的1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。在初始化期間，DAC的輸出無(wú)效，模擬輸出被強(qiáng)制設(shè)置為 (V_{CC} / 2)。

2. 去加重控制

引腳12（DM）用于控制PCM1725的去加重功能，該功能僅在44.1kHz時(shí)有效。高電平時(shí)去加重開(kāi)啟，低電平時(shí)去加重關(guān)閉。

六、應(yīng)用考慮因素

1. 延遲時(shí)間

Delta - Sigma轉(zhuǎn)換器存在一定的延遲時(shí)間，PCM1725的延遲時(shí)間由FIR濾波器階數(shù)和采樣率決定，計(jì)算公式為 (T{D}=11.125 × 1 / f{S})。對(duì)于光盤(pán)或磁帶源的音頻應(yīng)用，如CD音頻、CD - 交互式、視頻CD、DAT、迷你光盤(pán)等，延遲時(shí)間通常不會(huì)產(chǎn)生影響。但對(duì)于一些專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，如演播室廣播音頻，總延遲時(shí)間需要小于2ms。

2. 輸出濾波

為了測(cè)試目的，所有動(dòng)態(tài)測(cè)試都使用20kHz低通濾波器對(duì)PCM1725進(jìn)行。該濾波器可以限制THD+N等測(cè)量帶寬至20kHz，若不使用該濾波器，會(huì)導(dǎo)致THD+N升高、SNR和動(dòng)態(tài)范圍讀數(shù)降低。內(nèi)部低通濾波器在DC到24kHz的性能如圖7所示，高頻滾降如圖8所示。如果用戶(hù)應(yīng)用中PCM1725驅(qū)動(dòng)寬帶放大器，建議使用外部低通濾波器，如簡(jiǎn)單的3階濾波器。

3. 電源旁路

電源應(yīng)盡可能靠近器件進(jìn)行旁路，建議在10μF鉭旁路電容上并聯(lián)一個(gè)0.1μF陶瓷電容，以減少電源噪聲對(duì)音頻性能的影響。

七、工作原理

PCM1725的Delta - Sigma部分基于5級(jí)幅度量化器和3階噪聲整形器，將過(guò)采樣輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5級(jí)Delta - Sigma格式。與典型的1位（2級(jí)）Delta - Sigma調(diào)制器相比，5級(jí)Delta - Sigma調(diào)制器具有更好的穩(wěn)定性和抗時(shí)鐘抖動(dòng)能力。Delta - Sigma調(diào)制器和內(nèi)部8倍插值濾波器的組合過(guò)采樣率在 (384 f{S}) 系統(tǒng)時(shí)鐘下為 (96f{S})，在 (256 f{S}) 系統(tǒng)時(shí)鐘下為 (64 f{S})。

PCM1725以其豐富的特性、出色的性能和靈活的設(shè)計(jì)，成為低成本、CD質(zhì)量消費(fèi)音頻應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)和配置，以充分發(fā)揮PCM1725的優(yōu)勢(shì)，打造出高品質(zhì)的音頻系統(tǒng)。大家在使用PCM1725的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。