探索WM8524：24位192kHz立體聲DAC的卓越性能

在當(dāng)今數(shù)字化音頻的時(shí)代，一款高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）對(duì)于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻輸出至關(guān)重要。Wolfson Microelectronics的WM8524就是這樣一款引人注目的產(chǎn)品，它以其出色的性能和豐富的特性，為各類音頻應(yīng)用提供了理想的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款WM8524立體聲DAC。

文件下載：CDBWM8524-1.pdf

一、WM8524概述

WM8524是一款集成了電荷泵和硬件控制接口的立體聲DAC。它僅需單一的3.3V電源軌，就能提供2Vrms的線路驅(qū)動(dòng)輸出。其獨(dú)特的接地參考輸出設(shè)計(jì)，配合直流伺服技術(shù)，不僅消除了線路驅(qū)動(dòng)耦合電容的需求，還能有效避免開機(jī)時(shí)的“噗噗”聲和“咔嗒”聲。該設(shè)備通過(guò)硬件控制接口進(jìn)行控制和配置，支持8kHz至192kHz之間的所有常見音頻采樣率，音頻接口工作在從模式下。此外，它還具有3.3V容限的數(shù)字接口，允許連接最高3.3V的邏輯電路，采用16引腳TSSOP封裝。

二、主要特性

高性能立體聲DAC

• 出色的音頻性能：信噪比（SNR）高達(dá)106dB（A加權(quán)），總諧波失真（THD）在 -1dBFS時(shí)低至 -89dB，靜音衰減達(dá)到120dB，能夠?yàn)橛脩魩?lái)純凈、高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。
• 全采樣率支持：支持8kHz至192kHz的所有常見采樣率，滿足不同音頻應(yīng)用的需求。
• 多種數(shù)據(jù)格式：支持左對(duì)齊（LJ）、右對(duì)齊（RJ）和I2S三種數(shù)據(jù)格式，具有很強(qiáng)的兼容性。
• 低直流偏移：線路輸出的最大直流偏移僅為1mV，確保音頻信號(hào)的準(zhǔn)確性。
• 抑制噗噗聲和咔嗒聲：通過(guò)電源上下電序列器，有效抑制開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)的噪音。
• 單電源供電：AVDD和LINEVDD為 +3.3V ±10%，允許單電源供電，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至85°C，適用于各種環(huán)境。

三、引腳配置與訂購(gòu)信息

引腳配置

WM8524的引腳配置清晰明確，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，LINEVOUTL和LINEVOUTR分別為左右聲道的線路輸出；DACDAT、LRCLK和BCLK是數(shù)字音頻接口的關(guān)鍵引腳，用于輸入音頻數(shù)據(jù)和同步時(shí)鐘；MUTE引腳用于控制靜音功能等。

訂購(gòu)信息

提供了兩種訂購(gòu)代碼，WM8524CGEDT和WM8524CGEDT/R，溫度范圍均為 -40°C至 +85°C，采用16引腳TSSOP（無(wú)鉛）封裝，濕度敏感度等級(jí)為MSL1，峰值焊接溫度為260°C。其中，WM8524CGEDT/R采用卷帶包裝，卷帶數(shù)量為2000。

四、電氣特性

模擬輸出特性

• 輸出電平：在0dBFS時(shí)，輸出電平典型值為2.1Vrms，范圍在1.89Vrms至2.31Vrms之間。
• 負(fù)載阻抗：負(fù)載阻抗要求為1kΩ。
• 負(fù)載電容：無(wú)外部RC濾波器時(shí)，負(fù)載電容最大為300pF；使用推薦濾波器時(shí)，負(fù)載電容為1μF。

  DAC性能

• 信噪比：在10kΩ負(fù)載下，A加權(quán)信噪比典型值為106dB，未加權(quán)時(shí)為104dB。
• 動(dòng)態(tài)范圍：A加權(quán)動(dòng)態(tài)范圍典型值為104dB。
• 總諧波失真：-1dBFS時(shí)為 -89dB，0dBFS時(shí)為 -86dB。
• 電源抑制比：在100Hz、1kHz和20kHz時(shí)分別為54dB、54dB和50dB。
• 聲道分離度：1kHz時(shí)為100dB，20Hz至20kHz范圍內(nèi)為95dB。
• 系統(tǒng)絕對(duì)相位：為0度。
• 聲道電平匹配：典型值為0.1dB。
• 靜音衰減：為 -120dB。
• 直流偏移：LINEVOUTL和LINEVOUTR的直流偏移在 -1mV至1mV之間。

  數(shù)字邏輯電平

• 輸入高電平：VIH為0.7 × LINEVDD。
• 輸入低電平：VIL為0.3 × LINEVDD。
• 輸入電容：典型值為10pF。
• 輸入泄漏電流：在 -0.9μA至0.9μA之間。

五、信號(hào)時(shí)序要求

系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)序

• MCLK周期時(shí)間：最小為27ns，最大為500ns。
• MCLK高電平時(shí)間：最小為11ns。
• MCLK低電平時(shí)間：最小為11ns。
• MCLK占空比：在40:60至60:40之間。

  音頻接口時(shí)序（從模式）

• BCLK周期時(shí)間：最小為27ns。
• BCLK脈沖寬度高：最小為11ns。
• BCLK脈沖寬度低：最小為11ns。
• LRCLK建立時(shí)間：相對(duì)于BCLK上升沿最小為7ns。
• LRCLK保持時(shí)間：相對(duì)于BCLK上升沿最小為5ns。
• DACDAT保持時(shí)間：相對(duì)于LRCLK上升沿最小為5ns。
• DACDAT建立時(shí)間：相對(duì)于BCLK上升沿最小為7ns。

六、電源管理

上電復(fù)位電路

WM8524內(nèi)置了上電復(fù)位電路，當(dāng)VMID或LINEVDD低于最低閾值時(shí)，POR信號(hào)被拉低，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)VMID和AVDD上升到一定值后，POR信號(hào)釋放為高，所有寄存器恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)，此時(shí)可以對(duì)控制接口進(jìn)行寫入操作。

電源上下電控制

• 從關(guān)機(jī)到啟用：?jiǎn)?dòng)MCLK和BCLK，并將MUTE置為1。
• 從關(guān)機(jī)到待機(jī)：?jiǎn)?dòng)MCLK和BCLK，并將MUTE置為0。進(jìn)入待機(jī)模式后，可以禁用BCLK，設(shè)備仍保持待機(jī)狀態(tài)。
• 從待機(jī)到啟用：將MUTE引腳置為邏輯1，并啟動(dòng)BCLK。
• 從啟用狀態(tài)到待機(jī)：可以將MUTE引腳置為邏輯0或停止BCLK，MCLK需繼續(xù)運(yùn)行，設(shè)備會(huì)自動(dòng)靜音并安靜地進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
• 從啟用狀態(tài)到關(guān)機(jī)：隨時(shí)停止MCLK，但建議先將設(shè)備置于待機(jī)模式，以實(shí)現(xiàn)安靜關(guān)機(jī)。

七、數(shù)字音頻接口與數(shù)據(jù)格式

數(shù)字音頻接口

WM8524的數(shù)字音頻接口使用三個(gè)引腳：DACDAT用于輸入DAC數(shù)據(jù)，LRCLK用于左右數(shù)據(jù)對(duì)齊時(shí)鐘，BCLK用于同步位時(shí)鐘。該接口工作在從模式下。

音頻數(shù)據(jù)格式

• 右對(duì)齊模式：LSB在LRCLK轉(zhuǎn)換前的最后一個(gè)BCLK上升沿可用，其他位按MSB優(yōu)先順序傳輸。
• 左對(duì)齊模式：MSB在LRCLK轉(zhuǎn)換后的第一個(gè)BCLK上升沿可用，其他位依次傳輸。
• I2S模式：MSB在LRCLK轉(zhuǎn)換后的第二個(gè)BCLK上升沿可用，其他位依次傳輸。

八、數(shù)字濾波器特性

256fs至1152fs時(shí)鐘模式

• 通帶：±0.1dB通帶范圍為0.454fs。
• 通帶波紋：最大為0.1dB。
• 阻帶：阻帶起始于0.546fs。
• 阻帶衰減：f > 0.546fs時(shí)為 -50dB。
• 群延遲：典型值為10Fs。

  128fs和192fs時(shí)鐘模式

• 通帶：±0.1dB通帶范圍為0.247fs。
• 通帶波紋：最大為0.1dB。
• 阻帶：阻帶起始于0.753fs。
• 阻帶衰減：f > 0.753fs時(shí)為 -50dB。
• 群延遲：典型值為10Fs。

九、應(yīng)用信息

推薦外部組件

• 建議使用單一的公共接地平面，若無(wú)法實(shí)現(xiàn)，需優(yōu)化分割接地配置以提高音頻性能。
• 電荷泵飛返電容C5應(yīng)盡可能靠近WM8524放置，其次是電荷泵去耦電容C1，然后是LINEVDD和VMID去耦電容。
• 應(yīng)謹(jǐn)慎選擇電容類型，推薦使用低ESR的電容以獲得最佳性能。

  推薦模擬低通濾波器

  當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)寬帶放大器時(shí)，建議使用外部單極RC濾波器。推薦的濾波器在105.26kHz處有 -3dB截止頻率，在20kHz處有0.15dB的衰減。

  推薦PCB布局

• C5應(yīng)盡可能靠近WM8524，減少走線長(zhǎng)度以降低電感，避免在連接C5的走線中使用過(guò)孔。
• C1也應(yīng)靠近WM8524，同樣要減少走線長(zhǎng)度并避免過(guò)孔。
• C2和C4次之，C3最后。

十、總結(jié)

WM8524以其高性能的音頻處理能力、豐富的功能特性和靈活的配置方式，為各類消費(fèi)類數(shù)字音頻應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。無(wú)論是游戲機(jī)、機(jī)頂盒、AV接收器、DVD播放器還是數(shù)字電視等設(shè)備，WM8524都能勝任，為用戶帶來(lái)高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)音頻電路時(shí)，WM8524無(wú)疑是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。你在使用類似DAC時(shí)遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。