德州儀器PCM1748：24位音頻DAC的卓越之選

在音頻數字到模擬轉換（DAC）領域，德州儀器（TI）的PCM1748以其出色的性能和豐富的功能脫穎而出。作為一名資深電子工程師，今天就來和大家詳細探討這款24位、96kHz采樣的音頻DAC。

文件下載：pcm1748.pdf

一、產品概述

PCM1748是一款CMOS單片集成電路，采用小巧的SSOP - 16封裝，集成了立體聲數字到模擬轉換器（DAC）和支持電路。它運用了德州儀器增強型多級? - ∑架構，采用四階噪聲整形和8級幅度量化，實現了出色的動態性能，并提高了對時鐘抖動的容忍度。

二、產品特性

（一）高精度分辨率

PCM1748具有24位分辨率，能夠提供非常精細的音頻信號轉換，為高品質音頻播放奠定了基礎。

（二）優異的模擬性能

在 (V_{CC}=5V) 的條件下，不同型號展現出了優秀的模擬性能：

• 動態范圍：PCM1748KE典型值為106dB，PCM1748E典型值為100dB。
• 信噪比（SNR）：PCM1748KE典型值為106dB，PCM1748E典型值為100dB。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：PCM1748KE典型值為0.002%，PCM1748E典型值為0.003%。
• 滿量程輸出：典型值為3.1Vp - p。

（三）高效數字濾波器

8倍過采樣數字濾波器具有出色的性能：

• 阻帶衰減：達到 - 55dB。
• 通帶紋波：僅為 ± 0.03dB。
• 采樣頻率范圍：支持5kHz到100kHz。

（四）靈活的時鐘和數據格式

• 系統時鐘：支持256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})、768 (f{S})，并具備自動檢測功能。
• 數據格式：接受16、18、20和24位音頻數據，支持標準、I2S和左對齊等數據格式。

（五）用戶可編程模式控制

提供了豐富的用戶可編程功能，包括：

• 數字衰減：范圍從0dB到 - 63dB，步長為0.5dB。
• 數字去加重。
• 數字濾波器滾降：可選尖銳或緩慢。
• 軟靜音。
• 每個輸出的零標志。

（六）雙電源操作

采用5V模擬電源和3.3V數字電源，數字輸入具有5V容限。

三、應用領域

PCM1748的高性能使其適用于多種音頻應用場景，如AV接收器、DVD電影播放器、高端PC的DVD附加卡、HDTV接收器、汽車音頻系統等對24位音頻有需求的設備。

四、電氣特性和性能曲線

（一）電氣特性

在 (T{A}=25^{circ}C)、(V{CC}=5V)、(V{DD}=3.3V)、(f{S}=44.1kHz)、系統時鐘 = 384 (f_{S}) 和24位數據的條件下，PCM1748展現出了穩定的電氣性能，包括分辨率、數據格式、數字輸入/輸出、動態性能、直流精度等方面的詳細參數。

（二）典型性能曲線

文檔中給出了豐富的典型性能曲線，如數字濾波器（去加重關閉）的頻率響應、去加重曲線、模擬動態性能（包括總諧波失真加噪聲、動態范圍、信噪比、聲道分離度等與電源電壓和溫度的關系）。這些曲線有助于工程師在不同的工作條件下評估和優化PCM1748的性能。

五、系統時鐘、復位和接口

（一）系統時鐘輸入

PCM1748需要系統時鐘來操作數字插值濾波器和多級? - ∑調制器。系統時鐘通過SCK輸入（引腳16）提供，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，建議使用低相位抖動和噪聲的時鐘源，如德州儀器的PLL1700多時鐘發生器。

（二）上電復位功能

當系統時鐘激活且 (V_{DD}>2V)（典型值，范圍為1.6V到2.4V）時，上電復位功能啟用。初始化序列需要1024個系統時鐘周期，復位后PCM1748進入默認狀態。

（三）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（引腳3）、BCK（引腳1）和DATA（引腳2）。BCK用于時鐘串行數據，LRCK用于鎖存串行數據。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。

（四）音頻數據格式和時序

支持標準、I2S和左對齊等行業標準音頻數據格式，數據格式通過控制寄存器20中的格式位FMT[2:0]選擇。默認數據格式為24位左對齊，所有格式都要求二進制補碼、MSB優先的音頻數據。

（五）串行控制接口

串行控制接口是一個3線串行端口，異步于串行音頻接口，用于對片上模式寄存器進行編程。控制接口包括MD（引腳13）、MC（引腳14）和ML（引腳15）。

六、模式控制寄存器

PCM1748提供了多個用戶可編程的模式控制寄存器，通過串行控制接口進行編程。這些寄存器控制著數字衰減、軟靜音、過采樣率、DAC操作、去加重功能、音頻數據格式、數字濾波器滾降、零標志功能、輸出相位等功能。

七、模擬輸出和應用信息

（一）模擬輸出

PCM1748包含兩個獨立的輸出通道 (V{OUT}L) 和 (V{OUT}R)，為不平衡輸出，每個通道能夠在5kΩ交流耦合負載下驅動3.1Vp - p的典型輸出。內部輸出放大器偏置到直流共模（或雙極零）電壓 (V_{CC}/2)，并包含一個RC連續時間濾波器來減少帶外噪聲。

（二）應用信息

• 連接圖：文檔提供了基本的連接圖，包括必要的電源旁路和去耦組件。建議在SCK、LRCK、BCK和DATA輸入使用22Ω到100Ω的串聯電阻，以減少高頻噪聲。
• 電源和接地：需要5V模擬電源和3.3V數字電源，3.3V電源建議通過線性穩壓器從5V電源派生。
• DAC輸出濾波器電路：為了提供最佳的轉換器性能，需要結合片上和外部低通濾波來降低帶外噪聲。文檔推薦了單電源和雙電源應用的外部低通有源濾波器電路。
• PCB布局指南：建議使用接地平面，將模擬和數字部分隔離。數字和模擬部分應使用獨立的電源，以防止數字開關噪聲影響模擬性能。

八、關鍵性能參數測量

文檔詳細介紹了如何測量PCM1748的關鍵動態性能參數，如總諧波失真加噪聲（THD + N）、動態范圍和空閑通道信噪比（SNR），并提供了相應的測試設置圖。

九、總結

德州儀器的PCM1748以其高精度、高性能和豐富的功能，為音頻DAC應用提供了一個優秀的解決方案。無論是在音頻質量要求較高的消費電子設備，還是在專業音頻領域，PCM1748都能夠發揮出其優勢。作為電子工程師，在設計音頻系統時，PCM1748值得我們深入研究和應用。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。