TI PCM1780/81/82音頻DAC：高性能音頻轉換的理想之選

在音頻處理領域，數字到模擬轉換器（DAC）的性能直接影響著音頻質量。德州儀器（TI）的PCM1780、PCM1781和PCM1782系列24位、192 - kHz采樣的音頻DAC，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多音頻應用的理想選擇。今天我們就來深入了解一下這幾款產品。

文件下載：pcm1780.pdf

產品概述

PCM1780/81/82是CMOS單片集成電路，采用小型16引腳SSOP封裝，集成了立體聲數模轉換器和支持電路。它們運用TI的增強型多級Δ - Σ架構，實現了出色的動態性能，并提高了對時鐘抖動的容忍度。該系列支持16 - 24位的行業標準音頻數據格式，能輕松與音頻DSP和解碼芯片接口，最高支持200 kHz的采樣率。

產品特性

高分辨率與出色性能

• 分辨率：擁有24位分辨率，能夠提供更細膩、更豐富的音頻細節。
• 動態范圍與信噪比：在(V_{CC}=5V)的條件下，典型動態范圍和信噪比可達106 dB，能有效減少噪聲干擾，還原純凈的音頻信號。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：典型值低至0.002%，確保音頻信號的高保真度。
• 滿量程輸出：典型值為3.9 Vp - p，能提供足夠的驅動能力。

靈活的數字濾波

具備4×/8×過采樣數字濾波器，通帶紋波僅為±0.04 dB，阻帶衰減可達 - 50 dB，能有效濾除雜波，優化音頻信號。

寬采樣頻率范圍

采樣頻率范圍為5 kHz至200 kHz，系統時鐘支持128(f{S})、192(f{S})、256(f{S})、384(f{S})、512(f{S})、768(f{S})、1152(f_{S})，并能自動檢測，適應多種應用場景。

多樣的控制方式

• 軟件控制（PCM1780/82）：通過三線串行控制端口，支持多種音頻數據格式，如右對齊、I2S和左對齊，還具備數字衰減、數字去加重、數字濾波器滾降選擇、軟靜音等功能。
• 硬件控制（PCM1781）：通過四個控制引腳，支持I2S和16位字、右對齊格式，以及數字去加重和軟靜音功能。

電氣特性與性能曲線

電氣特性

在(T{A}=25^{circ}C)，(V{CC}=5V)，(f{S}=48kHz)，系統時鐘 = 512(f{S})和24位數據的條件下，各項參數表現優異。例如，增益誤差在±1% - ±6% FSR之間，通道間增益失配在±1% - ±6% FSR之間，能保證音頻信號的準確傳輸。

典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，包括數字濾波器（去加重關閉）的頻率響應、模擬濾波器性能、電源電壓特性和溫度特性等。這些曲線直觀地展示了產品在不同條件下的性能表現，為工程師的設計提供了重要參考。

系統時鐘與復位功能

系統時鐘輸入

PCM1780/81/82需要系統時鐘來驅動數字插值濾波器和多級Δ - Σ調制器。系統時鐘通過SCK輸入（引腳5），不同的采樣頻率對應著多種系統時鐘頻率選擇。為了獲得最佳性能，建議使用低相位抖動和噪聲的時鐘源，TI的PLL170x系列多時鐘發生器是不錯的選擇。

上電復位功能

該系列產品具備上電復位功能。當系統時鐘激活且(V{CC}>3V)（典型值，范圍為2.2 V - 3.7 V）時，上電復位功能啟用。復位期間（3072個系統時鐘），模擬輸出被強制設置為公共電壓(V{COM})，復位完成后，內部寄存器在(1 / f_{S})周期內初始化，設備開始正常工作。

音頻接口與數據格式

音頻串行接口

由三線同步串行端口組成，包括LRCK（引腳8）、BCK（引腳7）和DATA（引腳6）。BCK用于將串行數據時鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器，LRCK用于將串行數據鎖存到內部寄存器。LRCK和BCK應與系統時鐘同步，理想情況下應從系統時鐘輸入SCK派生。

音頻數據格式

PCM1780/82支持右對齊、I2S和左對齊等行業標準音頻數據格式，PCM1781支持I2S和16位字、右對齊格式。所有格式都要求音頻數據為MSB優先、二進制補碼形式。

零標志功能

PCM1780/82

每個輸出通道的零檢測是獨立的。如果某個通道的數據在1024個采樣周期內保持為0電平，則該通道會觸發零檢測條件，對應的零標志引腳（ZEROL或ZEROR）會置為邏輯1狀態。零標志輸出的極性可以通過設置控制寄存器22的ZREV位來反轉，L通道和R通道的公共零標志可以通過設置AZRO位來選擇。在PCM1782上，ZEROL和ZEROR是開漏輸出。

PCM1781

具有一個零標志引腳ZEROA（引腳16），它是L通道和R通道的公共零標志引腳。當L通道和R通道的數據在1024個采樣周期內保持為0電平時，ZEROA置為邏輯1狀態。

模擬輸出與應用信息

模擬輸出

PCM1780/81/82包含兩個獨立的輸出通道(V{OUT}L)和(V{OUT}R)，為不平衡輸出，每個通道典型情況下能驅動3.9 Vp - p的信號到5 kΩ交流耦合負載。內部輸出放大器偏置到直流公共電壓(V{COM})（等于(0.5V{CC})），并集成了RC連續時間濾波器，有助于減少Δ - Σ DAC輸出的帶外噪聲能量。但對于許多應用，還需要外部低通濾波器來進一步抑制帶外噪聲。

應用信息

• 連接圖：文檔給出了基本連接圖，建議在SCK、LRCK、BCK和DATA輸入使用22 Ω - 100 Ω的串聯電阻，以減少高頻噪聲發射和抑制時鐘及數據線上的毛刺和振鈴。
• 電源與接地：需要5 V電源，建議采用適當的電源旁路措施。為了避免數字電源的開關噪聲影響模擬電源，建議為數字和模擬部分分別使用獨立的電源。如果使用公共5 V電源，應在模擬和數字5 V電源連接之間放置電感（RF扼流圈、鐵氧體磁珠）。
• PCB布局：建議使用接地平面，并通過分割或切割電路板來隔離模擬和數字部分。PCM1780/81/82的數字I/O引腳應朝向接地平面分割處，以實現與數字音頻接口和控制信號的短而直接的連接。

總結

TI的PCM1780/81/82系列音頻DAC以其高分辨率、出色的動態性能、豐富的功能和靈活的控制方式，為音頻設計工程師提供了強大的工具。無論是A/V接收器、DVD播放機、高清電視接收器還是汽車音頻系統等應用，該系列產品都能滿足對高品質音頻轉換的需求。在實際設計中，工程師需要根據具體應用場景，合理選擇產品型號，并遵循文檔中的設計指南，以充分發揮產品的性能優勢。

各位工程師朋友，你們在音頻設計中有沒有使用過類似的DAC產品呢？在設計過程中遇到過哪些問題？歡迎在評論區分享交流。