WM8904：便攜式音頻應(yīng)用的高性能超低功耗編解碼器

在當(dāng)今的便攜式音頻設(shè)備市場中，對于高性能、低功耗編解碼器的需求日益增長。Cirrus Logic公司的WM8904就是這樣一款專為便攜式音頻應(yīng)用優(yōu)化的編解碼器，它集成了眾多先進(jìn)技術(shù)，為音頻處理帶來了出色的解決方案。

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一、WM8904概述

WM8904是一款高性能超低功耗立體聲編解碼器，非常適合便攜式音頻應(yīng)用。它具有靈活的模擬接口和強(qiáng)大的數(shù)字信號處理（DSP）能力，能夠滿足小型便攜式設(shè)備的音頻處理需求。該編解碼器支持多達(dá)6個(gè)模擬音頻輸入，包括單端或差分麥克風(fēng)/線路輸入，并提供集成偏置參考，可直接為標(biāo)準(zhǔn)駐極體麥克風(fēng)供電。此外，它還支持兩通道數(shù)字麥克風(fēng)接口，可直接將數(shù)字音頻數(shù)據(jù)輸入到DSP核心，繞過ADC。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

2.1 音頻性能卓越

• 低功耗運(yùn)行：在DAC到耳機(jī)播放時(shí)，靜態(tài)功耗僅為3.0mW，在模擬旁路播放時(shí)為2.4mW，有效延長了便攜式設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。
• 高信噪比與低失真：DAC的典型SNR為96dB，THD為 -86dB；ADC的典型SNR為91dB，THD為 -80dB，能夠提供高質(zhì)量的音頻輸出。
• 多模式輸入支持：支持單端和差分輸入模式，可連接多達(dá)3個(gè)立體聲麥克風(fēng)或線路輸入，輸入阻抗恒定，適應(yīng)不同的音頻源。

2.2 先進(jìn)的音頻處理技術(shù)

• 動(dòng)態(tài)范圍控制器（DRC）：可在ADC或DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)路徑中啟用，提供壓縮和自動(dòng)電平控制，適應(yīng)輸入信號幅度的變化，同時(shí)具備“抗削波”和“快速釋放”功能，提高在嘈雜環(huán)境中的音頻清晰度。
• ReTuneTM Mobile 5 - 帶參數(shù)均衡器（EQ）：可在DAC路徑中啟用，用于調(diào)整輸出的頻率特性，補(bǔ)償揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)，滿足用戶對不同音頻效果的需求。

2.3 靈活的時(shí)鐘配置

• 集成FLL：可從多種參考源和頻率生成SYSCLK，支持常見的音頻采樣率，還能在無外部參考源的情況下生成自由運(yùn)行的時(shí)鐘，為系統(tǒng)提供了額外的靈活性。
• 混合采樣率支持：支持混合的ADC和DAC采樣率，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置。

2.4 完善的輸出管理

• 地面參考輸出：提供一對地面參考的Class - W耳機(jī)輸出和兩個(gè)線路輸出，無需直流阻塞電容，采用直流伺服電路進(jìn)行直流偏移校正，抑制爆音并降低功耗。
• 靜音開關(guān)技術(shù)：所有輸出均采用SilentSwitch技術(shù)，有效抑制啟動(dòng)、關(guān)閉或信號路徑控制時(shí)產(chǎn)生的爆音和咔嗒聲。

三、功能模塊詳解

3.1 模擬輸入信號路徑

WM8904具有六個(gè)模擬輸入引腳，可支持多個(gè)麥克風(fēng)或線路輸入源。輸入多路復(fù)用器可選擇不同的輸入配置，支持單端和差分模式的線路和麥克風(fēng)輸入，部分配置還能提供共模噪聲抑制。其中，有兩個(gè)引腳具有雙重功能，可作為數(shù)字麥克風(fēng)輸入。

3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

采用立體聲24位、128x過采樣的sigma - delta ADC，支持64x過采樣率，可在功耗和音頻性能之間進(jìn)行權(quán)衡。ADC的滿量程輸入電平與AVDD成正比，可通過數(shù)字音量控制對輸出進(jìn)行放大或衰減。

3.3 動(dòng)態(tài)范圍控制（DRC）

DRC可在ADC或DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)路徑中啟用，提供壓縮和自動(dòng)電平控制。它具有兩個(gè)不同的壓縮區(qū)域，可設(shè)置壓縮斜率、增益限制、攻擊和衰減速率等參數(shù)，還具備抗削波和快速釋放功能，提高音頻的可懂度。

3.4 數(shù)字混音

ADC和DAC數(shù)據(jù)可以多種方式組合，支持不同的使用模式?？蓪DC數(shù)據(jù)路由到數(shù)字音頻接口的左右通道，也可將數(shù)字音頻接口通道的數(shù)據(jù)路由到左右DAC。此外，還提供動(dòng)態(tài)范圍控制功能，以及數(shù)字側(cè)音混合功能。

3.5 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

DAC接收來自DACDAT引腳和數(shù)字側(cè)音路徑的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，采用Wolfson SmartDAC?架構(gòu)，降低功耗并減少高頻噪聲和對時(shí)鐘抖動(dòng)的敏感性。輸出電平可通過數(shù)字音量控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，支持軟靜音和軟取消靜音功能，避免爆音。

3.6 輸出信號路徑

輸出包括耳機(jī)輸出（HPOUTL和HPOUTR）和線路輸出（LINEOUTL和LINEOUTR），每個(gè)輸出都可單獨(dú)啟用和控制音量。輸出路徑提供共模噪聲抑制反饋路徑，可有效抑制系統(tǒng)相關(guān)的接地噪聲。

3.7 電荷泵

集成雙模式電荷泵，為耳機(jī)和線路輸出驅(qū)動(dòng)器提供電源。可根據(jù)操作條件優(yōu)化功耗，支持寄存器控制和動(dòng)態(tài)控制兩種模式。

3.8 DC伺服

提供四個(gè)DC伺服電路，用于去除耳機(jī)和線路輸出的直流偏移，確保輸出的DC電平保持在離地面1mV以內(nèi)，減少功耗和爆音。

3.9 數(shù)字音頻接口

支持四種不同的音頻數(shù)據(jù)格式（左對齊、右對齊、I2S和DSP模式），以及時(shí)分復(fù)用（TDM）功能，可在主模式或從模式下運(yùn)行。

3.10 時(shí)鐘和采樣率

內(nèi)部時(shí)鐘均來自SYSCLK，可直接從MCLK或通過FLL生成。支持自動(dòng)時(shí)鐘配置，可編程的分頻器可根據(jù)CLK_SYS_RATE和SAMPLE_RATE字段自動(dòng)配置。

3.11 通用輸入/輸出（GPIO）

提供四個(gè)多功能引腳，可配置為多種輸入或輸出功能，包括GPIO輸入、中斷輸出、數(shù)字麥克風(fēng)時(shí)鐘輸出、FLL鎖定輸出等。

3.12 控制接口

通過2 - 線串行控制接口進(jìn)行寄存器寫入控制，支持單寫、單讀、使用自動(dòng)遞增的多寫和多讀操作。還集成了控制寫序列器，可執(zhí)行一系列寄存器寫入操作，減少對主機(jī)處理器的需求。

四、應(yīng)用場景

WM8904適用于多種便攜式音頻設(shè)備，如便攜式多媒體播放器、多媒體手機(jī)、手持游戲設(shè)備、無線耳機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和上網(wǎng)本等。其高性能和低功耗特性能夠滿足這些設(shè)備對音頻質(zhì)量和電池續(xù)航的要求。

五、總結(jié)

WM8904作為一款高性能超低功耗的立體聲編解碼器，憑借其卓越的音頻性能、先進(jìn)的音頻處理技術(shù)、靈活的時(shí)鐘配置和完善的輸出管理，為便攜式音頻應(yīng)用提供了理想的解決方案。無論是在音頻質(zhì)量還是功耗控制方面，WM8904都表現(xiàn)出色，能夠幫助工程師設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的便攜式音頻設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求對WM8904進(jìn)行靈活配置，以實(shí)現(xiàn)最佳的音頻效果。你在使用WM8904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(yàn)和見解。