德州儀器PCM1770與PCM1771：低電壓立體聲數模轉換器的卓越之選

在音頻處理領域，數模轉換器（DAC）是實現數字音頻信號到模擬音頻信號轉換的關鍵組件。德州儀器（TI）的PCM1770和PCM1771低電壓立體聲音頻數模轉換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，在便攜式音頻設備等應用中展現出強大的競爭力。今天，我們就來深入了解這兩款器件。

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一、產品概述

PCM1770和PCM1771是CMOS單芯片集成電路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封裝，集成了立體聲數模轉換器、耳機電路和支持電路。它們的數據轉換器采用了TI增強的多級? - Σ架構，利用噪聲整形和多級幅度量化技術，實現了出色的動態性能，并提高了對時鐘抖動的容忍度。這兩款器件支持多種行業標準音頻數據格式，采樣率最高可達50 kHz，通過3線串行控制端口可訪問一系列用戶可編程功能。

二、產品特性

2.1 模擬性能出色

在 (V{CC}) 和 (V{HP}=2.4V) 的條件下，動態范圍典型值可達98 dB，0 dB時THD + N典型值為0.1%， - 20 dB時THD + N典型值為0.04%。在 (R_{L}=16Ω) 時，立體聲輸出功率為13 mW，單聲道輸出功率為26 mW。

2.2 電源要求低

支持1.6 - 3.6 V的單電源供電，在 (V{CC}=V{HP}=2.4V) 時，功耗僅為6.5 mW。

2.3 時鐘靈活

系統時鐘支持 (128f{S})、 (192f{S})、 (256f{S})、 (384f{S}) ，采樣頻率范圍為5 kHz - 50 kHz。

2.4 控制方式多樣

PCM1770支持軟件控制，可選擇16、20、24位字長，支持左對齊、右對齊和I2S格式，可選擇從/主模式，具備數字衰減、44.1 kHz數字去加重、零交叉衰減、數字軟靜音、單聲道模擬輸入混合和單聲道揚聲器模式等功能。PCM1771支持硬件控制，支持左對齊和I2S格式，具備44.1 kHz數字去加重和單聲道模擬輸入混合功能。

2.5 抗噪設計

采用無爆音噪聲電路，所有邏輯輸入可承受3.3 V電壓。

三、電氣特性

3.1 分辨率與頻率

分辨率為24位，采樣頻率范圍為5 - 50 kHz，系統時鐘頻率支持 (128f{S})、 (192f{S})、 (256f{S})、 (384f{S}) 。

3.2 動態性能

動態范圍和信噪比典型值可達98 dB，立體聲輸出功率典型值為13 mW，單聲道輸出功率典型值為26 mW，聲道分離度典型值為72 dB。

3.3 直流精度

增益誤差和增益失配典型值為 ± 2% FSR，雙極性零誤差典型值為 ± 30 mV。

3.4 模擬輸入

模擬輸入電壓范圍為0.584 (V_{HP}) （峰 - 峰值），增益為0.67，輸入阻抗為10 kΩ，THD + N典型值為0.1%。

3.5 數字濾波器性能

通帶為0.454 (f{S}) ，阻帶為0.546 (f{S}) ，通帶紋波為 ± 0.04 dB，阻帶衰減為 - 50 dB，群延遲為 (20/f_{S}) ，44.1 kHz去加重誤差為 ± 0.1 dB。

四、引腳與功能

4.1 引腳分配

PCM1770和PCM1771有不同的封裝（TSSOP - 16和VQFN - 20），每個引腳都有特定的功能，如AGND為模擬地，AIN為單聲道模擬信號混合輸入，BCK為串行位時鐘，DATA為串行音頻數據輸入等。

4.2 終端功能

不同引腳的功能各不相同，例如LRCK用于確定音頻數據輸入的聲道，在從模式下為輸入，主模式下為輸出；PD為復位輸入，低電平時器件斷電并將所有模式控制寄存器復位到默認設置。

五、工作原理與操作

5.1 系統時鐘

PCM1770和PCM1771需要系統時鐘來驅動數字插值濾波器和多級? - Σ調制器，系統時鐘通過SCKI引腳輸入。不同的音頻采樣率對應不同的系統時鐘頻率，為了獲得最佳性能，應使用低相位抖動和噪聲的時鐘源。

5.2 電源開關與復位

在電源電壓達到指定范圍且穩定的時鐘信號提供后，PD引腳必須從低電平變為高電平一次，以啟動上電序列。上電和下電過程中，需要遵循特定的時序要求，以避免產生爆音噪聲。

5.3 音頻串行接口

音頻串行接口由3線同步串行端口組成，包括LRCK、DATA和BCK。BCK用于時鐘音頻數據輸入的各個位，LRCK用于鎖存串行數據到內部寄存器。PCM1770的LRCK和BCK支持從模式和主模式，在從模式下為輸入，主模式下為輸出。

5.4 音頻數據格式

PCM1770支持標準、I2S和左對齊等行業標準音頻數據格式，PCM1771支持I2S和左對齊數據格式。數據格式可通過控制寄存器或終端進行選擇，默認數據格式為24位、左對齊、從模式。

5.5 控制方式

PCM1771的數字功能可通過硬件控制，如選擇數據格式、去加重控制和模擬混合控制等。PCM1770支持軟件控制，通過MS、MC和MD編程內部寄存器來實現各種功能，如軟靜音控制、數字衰減設置、過采樣率控制等。

六、模擬輸入輸出

6.1 耳機輸出

PCM1770和PCM1771有兩個獨立的耳機放大器，輸出端為 (H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 。建議使用16Ω阻抗的耳機，為確保正確的輸出負載，需要在輸出端連接電阻和電容。

6.2 單聲道輸出

可通過將左右耳機輸出相加實現單聲道輸出，在BTL模式下，需要設置耳機輸出電平為 - 3 dB，并反轉右聲道輸出的極性。

6.3 模擬輸入

器件有一個模擬輸入AIN，可通過AMIX位或終端將其與耳機輸出進行內部混合。使用時需要注意輸入信號的帶寬和電壓，避免輸出超過規定范圍。

6.4 (V_{COM}) 輸出

(V{COM}) 為未緩沖的共模電壓輸出端，標稱偏置電壓為 (0.5V{HP}) ，需要連接一個10 - μF的電容，否則在電源開關或上下電過程中可能會產生爆音噪聲。

七、應用信息

7.1 連接圖

基本連接圖中需要包含必要的電源旁路和去耦組件，建議使用圖中所示的組件值。對于SCKI、LRCK、BCK和DATA輸入，建議使用22 - 100Ω的串聯電阻，以減少高頻噪聲和抑制時鐘和數據線上的毛刺和振鈴。

7.2 電源與接地

PCM1770和PCM1771需要2.4 V的典型模擬電源，建議使用線性穩壓器從模擬電源獲取這些電壓。電源旁路電容的選擇也很重要，10 - μF的電容應為鉭或鋁電解電容，0.1 - μF的電容應為陶瓷電容。

7.3 短路保護

器件未實現輸出短路保護電路，因此不允許 (H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 持續短路到地、電源或相互短路。如果應用中可能存在短路情況，需要在 (H_{OUT}x) 引腳的相位補償電路和應用電路之間添加8Ω或更高的串聯電阻。

八、總結

德州儀器的PCM1770和PCM1771低電壓立體聲音頻數模轉換器以其出色的模擬性能、低功耗、靈活的控制方式和豐富的功能，為便攜式音頻設備等應用提供了優秀的解決方案。在設計過程中，工程師需要根據具體需求合理選擇器件，并注意電源、時鐘、引腳連接和短路保護等方面的問題，以確保系統的穩定運行。你在使用類似的數模轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。