德州儀器AIC111音頻編解碼器：低功耗與高性能的完美結合

作為電子工程師，在設計音頻相關的硬件設備時，選擇一款合適的音頻編解碼器是至關重要的。今天要給大家介紹的就是德州儀器（TI）推出的一款優秀的音頻編解碼器——AIC111。

文件下載：aic111.pdf

一、概述

AIC111是一款與TI μPower DSP或微控制器兼容的音頻編解碼器產品，也可看作是一個模擬接口電路。它是基于DSP/μC的高性能模擬接口解決方案綜合系列的一部分，主要面向個人醫療設備，如助聽器、聽覺預處理應用和低功耗耳機應用等場景。該編解碼器適用于任何需要可編程時間常數PGA/壓縮機接口、高動態范圍模數轉換器、外部DSP/μC處理信號以及低失真數模轉換器和平衡H橋揚聲器驅動器的設計。

二、產品特性

2.1 低功耗設計

AIC111的功耗表現十分出色。它采用典型的1.3V電源供電，典型供電電流僅為350μA。這種低功耗特性使得它非常適合用于對電源要求苛刻的設備，如電池供電的個人醫療設備和低功耗耳機等。同時，它還具備電源監控功能，當電池電量以非瞬態方式下降到1.05V以下時，能夠自動關閉H橋輸出，進一步節省電量。

2.2 高性能音頻處理

• 低噪聲與高動態范圍：前端輸入參考噪聲典型值為2.4μVrms，總諧波失真僅為0.01%，動態范圍高達108dB。ADC在40kHz采樣率、100Hz - 10kHz頻率范圍內，動態范圍為87dB，總諧波失真為73dB。這些指標保證了音頻信號的高質量采集和處理。
• 低噪聲可編程增益放大器/壓縮機前端：該前端具有可編程的快速和慢速攻擊及衰減率，并且支持雙或單攻擊和衰減率選項。這使得它能夠根據不同的輸入信號進行靈活調整，有效抑制噪聲并提供合適的增益。
• 低抖動振蕩器：能夠生成所有內部時鐘，并提供5MHz的輸出時鐘供外部DSP/μC使用，確保了系統時鐘的穩定性和準確性。

2.3 靈活的數字接口

數字接口可以通過IMODE引腳進行選擇，當IMODE為低電平時，采用McBSP DSP - 編解碼器協議（SACI）；當IMODE為高電平時，采用串行外設接口（SPI）。這種靈活性使得AIC111能夠方便地與不同類型的處理器進行連接，如TI TMS320VC54x?、TMS320VC55x? DSPs以及TI MSP430xx微控制器等。

三、關鍵模塊分析

3.1 可編程增益放大器和壓縮機（PGAC）

PGAC的主要功能是放大麥克風或傳感器的輸出信號，并根據輸入信號的電平提供增益壓縮限制。它有四種工作模式：自動雙速率（默認）、自動單速率、固定單速率和固定立即模式。通過PDCREG寄存器的第3和第2位可以進行模式選擇。

• 自動雙速率模式：具有兩個攻擊（增益降低）率和兩個釋放（增益增加）率，通過編程FASTARREG和FORMAT4寄存器進行選擇。內部使用兩個計數器來控制增益，能夠快速響應信號的變化，同時對信號的平均值做出緩慢響應。
• 其他模式：自動單速率模式只有一個攻擊和釋放率；固定單速率模式下，增益根據PGACREG寄存器的值進行變化；固定立即模式下，增益會立即響應PGACREG寄存器的變化。

3.2 Delta Sigma A/D轉換器/抗混疊濾波器

該模塊將PGAC的差分輸出轉換為數字字，等效動態范圍約為14位。具有64倍的過采樣率、1.28MHz的主時鐘和40kHz的輸出數據速率，數字編碼采用2s補碼。在25°C、AVDD = 1.3V的條件下，動態范圍為87dB，輸入采樣率為1.28MHz，輸出采樣率為40kHz，總諧波失真為85dB（100Hz - 10kHz帶寬）。

3.3 數字高通濾波器

在ADC信號路徑中提供高通濾波功能，可去除通道中引入的直流偏移。通過FORMAT1寄存器可以選擇50Hz、100Hz或旁路模式，默認的HPF極點為50Hz。

3.4 Delta Sigma DAC和H橋輸出驅動器

Delta Sigma DAC生成過采樣的位串來驅動H橋輸出驅動器，經外部負載低通濾波后恢復出差分模擬信號。H橋輸出驅動器采用標準配置，能夠有效驅動負載。在25°C、HB_VDD = 1.3V的條件下，寬帶噪聲固定Q模式下為33μVrms，自適應Q模式下為12μVrms，總諧波失真為0.03%（100Hz - 10kHz帶寬），開關頻率為640kHz，最大輸出擺幅在固定Q模式下為3/4 HB_VDD，自適應Q模式下為HB_VDD。

四、應用電路示例

4.1 與TI TMS320C54xx的接口

在助聽器應用中，將AIC111與TMS320C54xx進行接口時，需要在AVINP、AVINM上連接1μF的耦合電容，VMID_FILT、VREF與模擬地之間連接1μF的電容，MIC_VSUP與模擬地之間連接0.1μF的電容，VRFILT與模擬地之間至少連接0.1μF的電容，推薦連接1μF的電容。這樣的電路配置可以保證音頻信號的正常傳輸和處理。

4.2 與TI MSP430F12x的接口

對于MSP430F12x，通過P2.5引腳可以在需要時關閉AIC111。同樣，也需要在相應的引腳連接合適的電容，以確保系統的穩定性和性能。

五、封裝與訂購信息

AIC111有兩種封裝形式可供選擇。一種是32引腳的QFN 5x5mm封裝，對于這種封裝，若采用管裝，可訂購AIC111RHB；若采用卷帶包裝，可訂購AIC111RHBR。另一種是裸焊球凸點芯片（晶圓級封裝），預計在2003年第三季度推出，對于這種封裝，若采用華夫盤包裝，可訂購AIC111YE；若采用卷帶包裝，可訂購AIC111YER。

六、總結

德州儀器的AIC111音頻編解碼器以其低功耗、高性能和靈活的接口等特性，為音頻相關的硬件設計提供了一個優秀的解決方案。無論是在個人醫療設備、助聽器還是低功耗耳機等領域，都能夠發揮其優勢，幫助工程師們設計出更加優秀的產品。各位電子工程師在進行音頻設計時，不妨考慮一下這款AIC111，相信它會給你帶來意想不到的效果。大家在使用過程中遇到過哪些音頻編解碼器相關的問題呢？歡迎在評論區留言討論。