Texas Instruments PCM5120-Q1 2通道Burr-Brown?音頻ADC可對同時多達兩個模擬通道或四個數字通道進行采樣，用于脈沖密度調制 (PDM) 麥克風輸入。PCM5120-Q1提供線路和麥克風輸入，支持單端和差分輸入配置。該器件集成了可編程通道增益、數字音量控制、可編程麥克風偏置電壓、鎖相環 (PLL)、可編程高通濾波器 (HPF)、雙四路濾波器和低延遲濾波器模式。它允許高達768kHz的采樣率。ACD提供時分多路復用（TDM）、^I2S^或左對齊（LJ）音頻格式，并可通過^I2C^接口進行控制。

數據手冊：*附件：Texas Instruments PCM5120-Q1 2通道Burr-Brown?音頻ADC數據手冊.pdf

這些集成的高性能特性，加上可由3.3V或1.8V單電源供電，使得TI PCM5120-Q1 ADC非常適合用于遠場麥克風錄制應用中空間受限的音頻系統。

PCM5120-Q1采用20引腳WQFN封裝，額定溫度范圍為-40°C至+125°C。

特性

• 多通道高性能ADC：
  • 2通道模擬麥克風或線路輸入
  • 4通道數字PDM麥克風
  • 多達2x模擬通道和多達2x數字麥克風通道
• ADC線路和麥克風差分輸入性能：
  • 動態范圍（DR）：
    • 支持120dB動態范圍增強器 (DRE)
    • 108dB，DRE禁用
  • –95dB THD+N
• ADC通道求和模式，DR性能：
  • 111dB，DRE禁用，2通道求和
• ADC輸入電壓：
  • 差分，2VRMS 滿量程輸入
  • 單端，1VRMS 滿量程輸入
• ADC采樣率（f S ）= 8kHz至768kHz
• 可編程通道設置：
  • 通道增益：0dB至42dB（0.5dB步進）
  • 數字音量控制：–100dB至27dB
  • 增益校準，分辨率0.1dB
  • 相位校準，分辨率為163ns
• 可編程麥克風偏置或電源電壓生成
• 低延遲信號處理濾波器選擇
• 可編程HPF和雙四通道數字濾波器
• 自動增益控制器 (AGC)
• 語音活動檢測 (VAD)
• ^I2C^控制接口
• 集成式高性能音頻PLL
• 自動時鐘分頻器設置配置
• 音頻串行數據接口：
  • TDM、^I2S^或左對齊（LJ）格式
  • 字長度為16位、20位、24位或32位
  • 主接口或從接口
• 3.3V或1.8V單電源運行
• 3.3V或1.8V I/O電源運行
• 1.8V AVDD電源在48kHz采樣率下的功耗為9.5mW/通道

簡化框圖

功能框圖

高性能音頻ADC PCM5120-Q1技術解析與應用指南

一、PCM5120-Q1概述

PCM5120-Q1是德州儀器(TI)推出的一款Burr-Brown?系列2通道、768kHz采樣率的高性能音頻模數轉換器(ADC)，專為汽車和工業音頻應用設計。該器件采用WQFN封裝(20引腳，3mm×3mm)，工作溫度范圍-40°C至+125°C，符合汽車級質量標準。

?主要特性?：

• 支持2通道模擬麥克風/線路輸入或4通道數字PDM麥克風輸入
• 動態范圍(DRE啟用時)：120dB；DRE禁用時：108dB
• THD+N：-95dB
• 可編程增益范圍：0dB至42dB，步進0.5dB
• 數字音量控制：-100dB至27dB
• 支持TDM、I2S或左對齊(LJ)音頻格式
• 集成高性能PLL和時鐘發生器
• 單電源供電：3.3V或1.8V
• 低功耗：9.5mW/通道(48kHz采樣率)

二、關鍵功能解析

1. 模擬前端設計

PCM5120-Q1提供靈活的輸入配置：

• ?差分/單端輸入?：支持2VRMS差分或1VRMS單端全尺度輸入
• ?可編程輸入阻抗?：2.5kΩ、10kΩ或20kΩ可選
• ?直流/交流耦合?：支持兩種耦合方式，內置快速充電電路
• ?共模抑制?：高達60dB的CMRR性能

典型連接方式包括：

• 單端DC耦合：INxP接信號，INxM直接接地
• 單端AC耦合：INxP通過電容接信號，INxM通過電容接地
• 差分AC耦合：INxP和INxM通過電容分別接信號正負端

2. 數字處理鏈

PCM5120-Q1集成了完整的數字信號處理鏈：

1. ? 可編程增益放大器(PGA) ?：0-42dB增益，0.5dB步進
2. ? 動態范圍增強器(DRE) ?：可擴展動態范圍至120dB
3. ? 自動增益控制(AGC) ?：目標電平-36dB至-6dB可調
4. ?數字濾波器?：
   • 可編程高通濾波器(HPF)
   • 多達12個可配置雙二階濾波器
   • 三種抽取濾波器可選(線性相位/低延遲/超低延遲)
5. ?數字音量控制?：-100dB至+27dB范圍

3. 時鐘架構

器件提供靈活的時鐘方案：

• ?主/從模式?：可配置為時鐘主設備或從設備
• ?PLL支持?：集成低抖動PLL，支持多種參考時鐘
• ?自動時鐘檢測?：自動識別FSYNC頻率和BCLK比率
• ?多采樣率支持?：8kHz至768kHz，兼容48kHz和44.1kHz系列

三、典型應用設計

1. 汽車主動降噪系統

PCM5120-Q1非常適合汽車主動降噪(ANC)應用：

• 高動態范圍(120dB)可捕捉車內各種聲壓級的噪聲
• 多麥克風輸入支持4路PDM麥克風陣列
• 低延遲處理模式(<7個采樣周期)確保實時性
• 寬溫度范圍(-40°C至+125°C)適應汽車環境

?設計要點?：

• 使用差分輸入配置提高抗干擾能力
• 啟用DRE功能處理大動態范圍的噪聲信號
• 選擇低延遲數字濾波器減少系統延遲
• 合理布局麥克風偏置電路，避免串擾

2. 車載信息娛樂系統

在車載音響和通訊系統中，PCM5120-Q1可提供：

• 高品質語音采集，支持免提通話
• 多區域音頻采集，用于乘客區語音控制
• 支持多種數字音頻接口，便于與主處理器連接

四、設計注意事項

1. ?電源設計?：
   • 使用低噪聲LDO為模擬部分供電
   • AVDD和DVDD之間保留≥10μF去耦電容
   • VREF引腳必須連接1μF以上濾波電容
2. ?布局布線?：
   • 保持模擬信號走線短且對稱
   • 數字和模擬地分開布局，單點連接
   • 麥克風偏置走線避免公共阻抗
3. ?性能優化?：
   • 高保真應用建議使用線性相位濾波器
   • 低延遲應用選擇超低延遲模式
   • 適當配置DRE參數平衡動態范圍和失真

五、評估與調試

TI提供完整的評估套件和支持工具：

• ?EVM評估板?：快速驗證器件性能
• ?PurePath控制臺?：圖形化配置工具
• ?參考設計?：包括原理圖、布局和固件示例

?常見問題排查?：

1. 無信號輸出：檢查PLL鎖定狀態和電源序列
2. 噪聲過大：驗證接地設計和電源去耦
3. 失真偏高：調整輸入電平或啟用DRE功能