深入解析LM1972：高性能音頻衰減器的技術(shù)奧秘

在音頻設(shè)備領(lǐng)域，對音頻信號進行精確控制和調(diào)節(jié)是至關(guān)重要的。德州儀器（TI）的LM1972作為一款2通道78dB音頻衰減器，憑借其出色的性能和豐富的功能，在音頻處理中發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：lm1972.pdf

一、LM1972概述

LM1972是采用CMOS工藝制造的數(shù)字控制2通道78dB音頻衰減器。它的每個通道具有獨特的衰減步長，從0dB - 47.5dB為0.5dB步長，48dB - 78dB為1.0dB步長，還具備104dB的靜音衰減功能。其對數(shù)衰減曲線可通過軟件定制，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）特性亮點

1. 3線串行接口：與TTL和CMOS兼容，方便與微控制器連接，實現(xiàn)對衰減水平的靈活控制。
2. 菊花鏈能力：多個μPot可通過同一數(shù)據(jù)線控制，減少了布線的復(fù)雜性，簡化了PCB設(shè)計。
3. 超低失真與高信噪比：總諧波失真加噪聲（THD + N）最大值僅為0.003%，信號 - 噪聲比（SNR）最小值達110dB，確保了音頻信號的高質(zhì)量傳輸。
4. 無咔嗒聲和爆裂聲：在任何衰減設(shè)置之間轉(zhuǎn)換時，不會產(chǎn)生令人討厭的咔嗒聲和爆裂聲，保證了音頻的平滑過渡。
5. 高通道隔離度：通道隔離度最小值為100dB，有效減少了通道間的串擾，提高了音頻的清晰度。

（二）優(yōu)勢體現(xiàn)

這些特性使得LM1972在音頻處理中具有顯著優(yōu)勢，能夠廣泛應(yīng)用于自動化錄音室混音控制臺、音樂再現(xiàn)系統(tǒng)、擴聲系統(tǒng)、電子音樂（MIDI）以及個人計算機音頻控制等領(lǐng)域。

三、電氣特性分析

（一）電源電流

在輸入交流接地的情況下，典型電源電流為2mA，最大值為4mA，功耗較低，適合對功耗有要求的應(yīng)用場景。

（二）總諧波失真加噪聲（THD + N）

在0dB衰減且輸入電壓為0.5Vpk時，典型值為0.0008%，最大值為0.003%，保證了音頻信號的純凈度。

（三）串擾（通道隔離度）

在0dB衰減時，典型值為110dB，最小值為100dB，有效減少了通道間的干擾。

（四）信號 - 噪聲比（SNR）

在輸入交流接地且 - 12dB衰減、A加權(quán)的情況下，典型值為120dB，最小值為110dB，提供了良好的信號質(zhì)量。

（五）靜音衰減

典型值為104dB，最小值為96dB，能夠有效切斷音頻信號。

四、應(yīng)用信息探討

（一）衰減步長方案

LM1972的基本衰減步長方案可通過編程進行調(diào)整，以滿足不同應(yīng)用的需求。例如，可實現(xiàn)恒定的1dB對數(shù)衰減方案，用于平移功能。在配置平移控制時，可將單聲道信號分離為左右聲道，并且可以選擇使用基本衰減方案或編程實現(xiàn)特定的衰減方案。

（二）輸入輸出阻抗

輸入阻抗恒定為40kΩ，為了消除不必要的直流分量，通常會使用1μF的輸入耦合電容。輸出阻抗在25kΩ - 35kΩ之間非線性變化，因此不能將其視為線性電位器，而應(yīng)看作對數(shù)衰減器。在測量線性度時，需要使用JFET輸入運算放大器作為緩沖器，以避免測量系統(tǒng)對輸出的負載影響。

（三）靜音功能

通過在設(shè)備上電時或發(fā)送特定的二進制數(shù)據(jù)（01111111及以上），可實現(xiàn)104dB的靜音衰減。這一功能可通過軟件靈活配置，方便設(shè)計師在系統(tǒng)中添加靜音按鈕。

（四）直流輸入

雖然LM1972主要用于音頻信號衰減，但它也能夠跟蹤輸入的直流電壓，可跟蹤到每個電源軌上方一個二極管壓降的直流電壓。輸出緩沖器的增益配置和電源電壓會影響直流跟蹤的分辨率，并且輸出緩沖器的電源電壓可以與μPot的不同，從而實現(xiàn)更高的分辨率。

（五）串行數(shù)據(jù)格式

采用3線串行通信格式，由DATA - IN、CLOCK和LOAD/SHIFT組成。串行數(shù)據(jù)包含8位通道選擇和8位衰減設(shè)置，MSB先發(fā)送，地址數(shù)據(jù)先于衰減數(shù)據(jù)發(fā)送。

五、系統(tǒng)架構(gòu)剖析

（一）數(shù)字接口架構(gòu)

μPot的數(shù)字接口本質(zhì)上是一個移位寄存器，串行數(shù)據(jù)被移入、鎖存并解碼。新數(shù)據(jù)移入時，先前鎖存的數(shù)據(jù)從DATA - OUT引腳移出。LOAD/SHIFT線變高時，新數(shù)據(jù)被鎖存，然后解碼并激活相應(yīng)的開關(guān)，以設(shè)置所選通道的衰減水平。

（二）梯形架構(gòu)

每個通道都有獨立的電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，由多個R1/R2元件組成。元件內(nèi)的抽頭開關(guān)根據(jù)數(shù)據(jù)位選擇合適的衰減水平，輸入阻抗恒定，輸出阻抗隨抽頭開關(guān)的選擇而變化。

六、設(shè)計注意事項

（一）避免咔嗒聲和爆裂聲

使用JFET輸入緩沖器/放大器（如LF412ACN）可避免咔嗒聲和爆裂聲。它具有高輸入阻抗、低噪聲底和低THD + N，能保持音頻信號的完整性和線性度。

（二）對數(shù)增益放大器應(yīng)用

μPot可用于放大器的反饋回路，形成對數(shù)增益放大器。但輸出需要高阻抗以保持高性能和線性度，否則會改變衰減值。在靜音模式下，輸入與輸出斷開，放大器處于開環(huán)增益狀態(tài)，需要謹慎編程和設(shè)計。

七、總結(jié)

LM1972作為一款高性能的音頻衰減器，具有豐富的特性和靈活的配置選項。在音頻設(shè)備設(shè)計中，電子工程師可以充分利用其優(yōu)勢，實現(xiàn)高質(zhì)量的音頻信號處理。但在設(shè)計過程中，需要注意輸入輸出阻抗、靜音功能、串行數(shù)據(jù)格式以及避免咔嗒聲和爆裂聲等問題，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。大家在實際應(yīng)用中，有沒有遇到過類似器件的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。