詳解SRC4192和SRC4193：專業音頻領域的異步采樣率轉換器

在專業音頻和廣播應用的領域中，對音頻信號處理的精度和靈活性要求極高。SRC4192和SRC4193這兩款異步采樣率轉換器（ASRC），憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。下面我們就來詳細了解一下這兩款器件。

文件下載：src4193.pdf

1. 特性亮點

1.1 采樣率適應能力強

SRC4192和SRC4193能自動感應輸入到輸出的采樣比率，輸入到輸出的采樣范圍非常寬，達到了16:1到1:16。同時，它們支持高達212 kHz的輸入和輸出采樣率，這使得它們在處理各種不同采樣率的音頻信號時游刃有余。

1.2 優異的音頻性能

動態范圍可達144 dB（–60 - dBFS輸入，BW = 20 Hz到 (f{S} / 2) ，A - 加權），THD + N低至 - 140 dB（0 - dBFS輸入，(BW = 20 Hz) 到 (f{S} / 2) ）。這種高動態范圍和低失真的特性，能夠最大程度地還原音頻信號的原始品質，為專業音頻應用提供了堅實的保障。此外，它們還能有效衰減采樣和參考時鐘抖動，確保音頻信號的穩定性。

1.3 高性能數字濾波

采用高性能、線性相位數字濾波，阻帶衰減大于140 dB。這種濾波方式能夠有效去除音頻信號中的噪聲和干擾，提升音頻的純凈度。

1.4 靈活的音頻接口

支持主模式或從模式操作，可適應I2S、左對齊、右對齊和TDM等多種數據格式。同時，支持16、18、20或24位音頻數據，TDM模式還允許最多八個設備進行菊花鏈連接，大大增加了系統的擴展性。

1.5 其他實用功能

SRC4192和SRC4193還具備軟靜音功能、旁路模式、可編程數字輸出衰減（SRC4193僅）、掉電模式等。這些功能為音頻系統的設計提供了更多的靈活性和控制手段。

2. 應用場景廣泛

2.1 專業音頻設備

數字混音臺、數字音頻工作站、音頻分配系統、廣播 studio 設備以及高端A/V接收器等專業音頻設備，都對音頻信號的處理精度和穩定性有極高的要求。SRC4192和SRC4193的高性能特性，使其能夠很好地滿足這些設備的需求。

2.2 通用數字音頻處理

在一般的數字音頻處理領域，SRC4192和SRC4193也能發揮重要作用，為音頻信號的采樣率轉換提供可靠的解決方案。

3. 器件詳細剖析

3.1 功能概述

SRC4192是一個獨立的、引腳編程的器件，通過控制引腳可以實現模式、數據格式、靜音、旁路和低群延遲等功能。而SRC4193則是一個軟件控制的器件，它具有一個串行外設接口（SPI）端口，可通過內部控制寄存器對所有功能進行編程。

3.2 功能框圖

音頻數據從輸入端口進入，在從模式下由音頻數據源提供時鐘，在主模式下由SRC419x提供時鐘。輸入數據經過插值濾波器進行上采樣，然后傳遞到重采樣器。速率估計器通過比較LRCKI、LRCKO和參考時鐘來比較輸入和輸出采樣頻率，為重采樣功能提供所需的偏移和系數。重采樣后的輸出數據再經過抽取濾波器或直接下采樣器（僅SRC4193有此功能）進行處理，最終從輸出端口輸出。

3.3 各部分功能詳述

3.3.1 輸入端口操作

音頻輸入端口是一個三線同步串行接口，可在從模式或主模式下工作。SDIN輸入為串行音頻數據輸入，支持飛利浦I2S、左對齊或右對齊等標準音頻數據格式。位時鐘BCKI和左右字時鐘LRCKI的配置根據工作模式有所不同。通過IFMT輸入或控制寄存器中的IFMT位，可以設置輸入端口的數據格式。

3.3.2 輸出端口操作

音頻輸出端口是一個四線同步串行接口，同樣支持從模式或主模式。SDOUT輸出為串行音頻數據輸出，支持I2S、左對齊、右對齊或TDM等數據格式。位時鐘BCKO和左右字時鐘LRCKO的配置也與工作模式相關。通過OFMT和OWL輸入或控制寄存器中的相應位，可以設置輸出端口的數據格式和字長。

3.3.3 軟靜音功能

通過將MUTE輸入置高或設置控制寄存器中的MUTE位，可以調用軟靜音功能。該功能會緩慢衰減輸出信號電平，直至達到全零加±1LSB的抖動，實現無雜音的音頻輸出端口靜音。

3.3.4 數字衰減（僅SRC4193）

SRC4193為左右音頻通道提供獨立的數字衰減功能，衰減范圍從0 dB到 - 127.5 dB，以0.5 - dB為步長進行調節。通過控制寄存器4和5可以分別設置左右通道的衰減值，同時TRACK位可以選擇獨立或跟蹤衰減模式。

3.3.5 就緒輸出

SRC419x的RDY輸出為低電平時，表示輸入到輸出的采樣頻率比率已確定。該信號可作為標志或指示器輸出，還可以連接到MUTE輸入，實現自動靜音功能。

3.3.6 比率輸出（僅SRC4193）

SRC4193的RATIO輸出可以指示輸出采樣頻率與輸入采樣頻率的高低關系，可作為LED或主機設備的指示器。

3.3.7 串行外設接口（SPI）端口（僅SRC4193）

SPI端口是一個三線同步串行接口，用于訪問SRC4193的片上控制寄存器。通過CCLK、CDATA和CS三個引腳，可以實現對控制寄存器的讀寫操作。

3.4 器件功能模式

3.4.1 復位和掉電操作

可以使用RST輸入對SRC419x進行復位。對于SRC4193，在RST上升沿后有500 μs的延遲，在此期間應避免對SPI端口進行寫操作。掉電模式可以通過保持RST輸入低電平或設置控制寄存器1中的PDN位為零來實現。

3.4.2 音頻端口模式

SRC4192和SRC4193支持七種串行端口模式，通過MODE輸入或控制寄存器中的MODE位進行選擇。在從模式下，端口的LRCK和BCK時鐘為輸入；在主模式下，這些時鐘由參考時鐘輸入（RCKI）導出。

3.4.3 旁路模式

將BYPAS輸入置高或設置控制寄存器1中的BYPAS位，可以使器件進入旁路模式。在旁路模式下，輸入端口數據直接路由到輸出端口，繞過ASRC功能，但此時輸出數據不進行抖動處理，數字衰減和靜音功能也不可用。

3.5 寄存器映射

SRC4193的控制寄存器映射包括系統控制寄存器、濾波器控制寄存器、音頻數據格式寄存器、數字衰減寄存器（左右通道）等。這些寄存器包含了用于配置SRC4193內部功能的控制位，通過SPI端口可以對這些寄存器進行讀寫操作。

4. 應用與實現

4.1 與數字音頻接收器和發射器的接口

SRC4192和SRC4193的輸入和輸出端口設計用于與各種音頻設備接口，例如DIR1703數字音頻接口接收器和DIT4096/4192數字音頻發射器。在接口時，需要注意 (V_{IO}) 電源的設置，以確保兼容性。

4.2 TDM應用

SRC4192和SRC4193支持TDM輸出模式，允許多個設備進行菊花鏈連接，形成一個串行幀。每個設備占據一個子幀，每個子幀包含兩個通道。TDM模式下的幀速率等于輸出采樣頻率，BCKO頻率與設備數量和輸出采樣頻率有關。

4.3 典型應用

文檔中給出了SRC4192和SRC4193的典型連接圖，同時還說明了設計要求和詳細的設計步驟。在設計過程中，需要考慮控制方式（硬件、I2C或SPI）、音頻輸入輸出格式、參考時鐘等因素。

5. 電源與布局建議

5.1 電源建議

為了確保兼容性，AD1896的 (V{DD_IO}) 和 (V{DD_CORE}) 電源應設置為3.3 V，SRC4192的 (V{IO}) 和 (V{DD}) 電源也應設置為3.3 V。

5.2 布局指南

5.2.1 參考時鐘

SRC4192和SRC4193需要參考時鐘才能正常工作，參考時鐘通過RCKI輸入。參考時鐘的頻率可以是 (128 f{S}) 、 (256 f{S}) 或 (512 f_{S}) ，最大外部參考時鐘輸入頻率為50 MHz。

5.2.2 與AD1896的引腳兼容性（僅SRC4192）

SRC4192與AD1896在引腳和功能上兼容，但需要注意一些問題，如SRC4192沒有片上晶體振蕩器，需要外部參考時鐘；參考時鐘輸入頻率不能高于30 MHz；主模式下最大采樣頻率應限制為96 kHz等。

5.2.3 布局示例

文檔中給出了SRC4192和SRC4193的布局示例，建議在SRC419x設備周圍放置頂層接地層，并通過多個過孔連接到下層主PCB接地平面，以提供屏蔽。

6. 器件與文檔支持

6.1 文檔支持

提供了相關文檔，如SRC4192EVM評估模塊、SBAU088等。

6.2 相關鏈接

列出了快速訪問鏈接，包括技術文檔、支持和社區資源、工具和軟件等。

6.3 社區資源

TI E2E?在線社區為工程師提供了一個交流和協作的平臺，可以在這里提問、分享知識和解決問題。

6.4 靜電放電注意事項

由于這些器件的內置ESD保護有限，在存儲或處理時，應將引腳短路或放置在導電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

SRC4192和SRC4193以其出色的性能、豐富的功能和廣泛的應用場景，為專業音頻和廣播應用提供了一個優秀的解決方案。在實際設計中，工程師需要根據具體需求，合理配置器件的參數和功能，同時注意電源和布局等方面的問題，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用這兩款器件的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。