Burr - Brown TLV320DAC26：低功耗立體聲音頻 DAC 的技術解析

在當今的便攜式計算、通信和娛樂設備中，高性能音頻的需求日益增長。Burr - Brown 推出的 TLV320DAC26 音頻 DAC 為滿足這一需求提供了絕佳的解決方案。下面，我們就來詳細分析一下這款芯片。

文件下載：tlv320dac26.pdf

產品概述

TLV320DAC26 是一款高度集成的立體聲音頻 DAC，具備低功耗、高品質音頻處理能力，非常適合用于 MP3 播放器、數碼相機和數碼攝像機等設備。它支持高達 48ksps 的音頻采樣率，擁有 97 - dBA 的立體聲音頻回放性能，同時在低功耗方面表現出色，48ksps 時立體聲音頻回放僅需 11mW。

主要特性

音頻性能

• 高音質回放：實現 97 - dBA 的立體聲回放，為用戶帶來清晰、高保真的音頻體驗。
• 多采樣率支持：能夠支持多種音頻標準采樣率，最高可達 53kHz，包括常見的 8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz 和 48kHz。這使得它可以適應不同音頻源的需求。

低功耗設計

• 低功率音頻回放：在 48ksps 時，僅需 11mW 的功率即可實現立體聲音頻回放，極大地延長了便攜式設備的電池續航時間。
• 靈活的功率模式：輸出驅動可配置為低功率或高功率模式，根據實際負載和輸出功率需求進行調整，進一步優化系統功耗。

集成功能

• 片上揚聲器驅動：具備 325 - mW、8 - Ω 的揚聲器驅動，可直接驅動揚聲器，減少了外部元件的使用。
• 立體聲耳機放大器：帶有無電容輸出選項，簡化了耳機接口設計，同時提供高品質的耳機音頻輸出。
• 集成 PLL：用于靈活的音頻時鐘生成，可以從系統中多種時鐘源生成所需的內部 DAC 操作時鐘，確保音頻處理的穩定性。
• 可編程數字音頻處理：支持可編程的低音、高音、均衡器和去加重功能，可根據用戶需求調整音頻效果。

接口豐富

• SPI 和 I2S 串行接口：方便與主機處理器進行通信，使得數據傳輸更加高效和穩定。
• 多種輸入接口：提供麥克風和輔助輸入接口，可用于模擬側音混合，增加了音頻處理的靈活性。

電氣特性

電源參數

該芯片需要多種電源供應，AVDD、DRVDD、IOVDD 和 DVDD 等電源電壓有不同的范圍要求。例如，AVDD 和 DRVDD 建議設置為 2.7 - 3.6V，IOVDD 為 1.1 - 3.6V，DVDD 為 1.525 - 1.95V。在不同的工作模式和狀態下，各個電源的電流消耗也有所不同。例如，在 48ksps 立體聲音頻回放且輸出驅動處于低功率模式、VGND 關閉、PLL 關閉時，IAVDD 為 2.2mA，IDRVDD 為 2.4mA。

音頻性能參數

• DAC 插值濾波器：通帶范圍為 20Hz - 0.45Fs，過渡帶為 0.45Fs - 0.5501Fs，阻帶為 0.5501Fs - 7.455Fs，阻帶衰減可達 65dB，濾波器群延遲為 21/Fs。這些參數確保了音頻信號在處理過程中的準確性和穩定性。
• 音頻輸出指標：不同輸出接口的滿量程輸出電壓、信噪比（SNR）、總諧波失真（THD）等指標表現優秀。例如，耳機輸出在 1kHz 正弦波輸入、48ksps、高功率模式下，SNR 可達 97dBA，THD 低至 - 91dB。

工作模式與配置

音頻接口模式

TLV320DAC26 的數字音頻數據傳輸支持右對齊、左對齊、I2S 和 DSP 四種不同格式，并且可以在主模式或從模式下工作。

• 右對齊模式：左聲道 LSB 在 LRCK 下降沿前的 BCLK 上升沿有效，右聲道同理。
• 左對齊模式：右聲道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的 BCLK 上升沿有效，左聲道同理。
• I2S 模式：左聲道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的第二個 BCLK 上升沿有效，右聲道同理。
• DSP 模式：LRCK 下降沿啟動數據傳輸，先傳輸左聲道數據，緊接著是右聲道數據，每個數據位在 BCLK 下降沿有效。

采樣率設置

通過音頻控制寄存器（Register 00H, Page2）可以設置音頻 DAC 的采樣率，采樣率是從參考率（Fsref）進行縮放得到的。Fsref 必須在 39kHz - 53kHz 之間，通過寄存器編程可以選擇不同的分頻系數。同時，芯片還支持可編程插值功能，能夠在低采樣率下提供更好的音頻性能。例如，當需要播放 11.025kHz 的數據時，可以將 Fsref 設置為 44.1kHz，然后將 DAC 采樣率設置為 Fsref/4。

輸出驅動與配置

功率模式

輸出驅動可以配置為低功率模式或高功率模式。默認情況下，復位時輸出驅動處于低功率模式，可驅動最小 10kΩ 負載的全量程線電平信號，或驅動最小 16Ω 負載的中等幅度信號。通過設置 Reg05H/Page2 的 D12 位為 1 可將其配置為高功率模式，此時每個輸出驅動可向 16Ω 耳機負載提供高達 30mW 每通道的功率。

耳機與揚聲器配置

• 耳機配置：耳機可以采用交流耦合或無電容輸出配置。交流耦合配置需要選擇合適的電容值，以避免低頻信號的衰減。無電容輸出配置雖然消除了電容和相關的高通濾波器，但需要注意避免耳機插孔的 RETURN 端子接地短路，否則 VGND 放大器將進入短路保護，導致音頻輸出異常。
• 揚聲器配置：高功率模式下，輸出驅動可配置為驅動最小 8Ω 的揚聲器負載。通過可編程數字效果濾波器可以實現聲道反轉等功能，將立體聲信號轉換為單聲道混合信號驅動揚聲器。

短路保護

芯片集成了可編程短路檢測/保護功能，可通過 REG - 1DH/Page2 的 D8 - D7 位進行控制?？梢赃x擇完全禁用短路保護以提供更大的輸出功率，但需要注意防止短路；也可以啟用電流限制和短路檢測功能，當檢測到短路時設置短路檢測標志，用戶可以根據需要關閉驅動。

音頻處理功能

數字音頻處理

每個聲道的立體聲音頻 DAC 包含數字音頻處理模塊、數字插值濾波器、數字 delta - sigma 調制器和模擬重建濾波器。數字音頻處理模塊包括去加重、低音、高音、中音調整和揚聲器均衡等可選濾波器。去加重功能僅適用于 32kHz、44.1kHz 和 48kHz 的采樣率，通過設置寄存器 05H/Page2 的 D0 位可以啟用或繞過該濾波器。

數字音量控制

DAC 具備數字音量控制功能，音量級別可以在 0dB 至 - 63.5dB 之間以 0.5dB 為步長進行調整，每個聲道還設有獨立的靜音位。同時，可以通過主音量控制同時改變兩個聲道的音量。音量調整采用軟步進算法，避免了音量突變帶來的音頻沖擊。

音頻混合與按鍵音

• 音頻混合：模擬混音器可以將選擇的模擬輸入（MICIN 或 AUX）通過模擬音量控制后與音頻 DAC 輸出進行混合。模擬音量控制的增益范圍為 12dB 至 - 34.5dB，以 0.5dB 為步長，還包括靜音和軟步進邏輯。
• 按鍵音：芯片包含一個特殊電路，可根據寄存器控制將方波信號插入到模擬輸出信號路徑中，用于生成按鍵音以提供用戶反饋。按鍵音的頻率可以在 62.5Hz 至 8kHz 之間變化，持續時間可以從 2 個周期編程到 32 個周期。

通信協議與寄存器

SPI 接口

所有控制寄存器通過標準 SPI 總線進行編程。SPI 支持全雙工、同步、串行通信，主機處理器作為主設備，芯片作為從設備。通信時，主設備發起傳輸，時鐘極性（CPOL = 0）和時鐘相位（CPHA = 1）的設置決定了數據的傳輸時機。

寄存器編程

芯片的所有功能通過寄存器進行控制，SPI 主設備通過發送 16 位命令來讀寫這些寄存器。命令的構造包括讀寫位、頁面地址、寄存器地址等信息。用戶可以根據需要設置不同的寄存器來實現音頻采樣率、音量控制、濾波器啟用等功能。

內存映射

芯片的寄存器分為三個頁面的內存：數據頁（Page 0）和控制頁（Page 1 和 Page 2）。每個頁面包含多個寄存器，用于控制不同的功能。例如，Page 2 的 Audio Control 1 寄存器用于設置音頻輸入、字長、采樣率等參數；DAC Gain Control 寄存器用于控制左右聲道的靜音和音量。

布局建議

為了獲得最佳性能，在 PCB 布局時需要注意以下幾點：

• 電源布局：提供給芯片的電源必須干凈且有良好的旁路。在芯片附近應放置 0.1 - μF 的陶瓷旁路電容，如果芯片電源引腳與系統電源之間的阻抗較高，可能還需要 1 - μF 至 10 - μF 的電容。
• 接地布局：接地引腳必須連接到干凈的接地點，通常是模擬接地。避免與微控制器或數字信號處理器的接地點過近。如有需要，可以直接從轉換器引出接地走線連接到電源入口或電池連接點。理想的布局應包括一個專門用于轉換器和相關模擬電路的模擬接地平面。

總結

TLV320DAC26 以其出色的音頻性能、低功耗設計、豐富的集成功能和靈活的配置選項，成為便攜式音頻設備設計的理想選擇。電子工程師在使用該芯片時，需要深入理解其各項特性和工作模式，合理進行電路設計和布局，以充分發揮其優勢，為用戶帶來高品質的音頻體驗。大家在實際應用中遇到過哪些關于 TLV320DAC26 的問題呢？歡迎在評論區交流討論。