深度解析ADAU1860/ADAU1860 - 1音頻編解碼器：性能、應用與設計要點

引言

在音頻技術飛速發展的今天，高性能、低功耗的音頻編解碼器成為了眾多音頻設備的核心組件。ADAU1860/ADAU1860 - 1作為一款具有卓越性能的音頻編解碼器，在噪聲消除、音頻處理等領域展現出了強大的優勢。本文將深入剖析ADAU1860/ADAU1860 - 1的特性、性能指標、工作原理以及應用設計要點，為電子工程師在音頻設計中提供全面的參考。

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一、產品概述

ADAU1860/ADAU1860 - 1是一款集成了三個輸入和一個輸出，并包含兩個數字信號處理器（DSP）的音頻編解碼器。該產品從模擬輸入到DSP核心再到模擬輸出的路徑經過優化，具有低延遲的特點，非常適合用于降噪耳機等對音頻質量和實時性要求較高的應用場景。只需添加少量無源組件，ADAU1860/ADAU1860 - 1就能提供完整的耳機解決方案。需要注意的是，ADAU1860僅面向中國境內客戶訂購，而ADAU1860 - 1則面向中國境外客戶。

二、產品特性

（一）強大的音頻處理能力

1. 可編程FastDSP音頻處理引擎：配備Tensilica HiFi 3z DSP核心，每周期具有Quad MAC（24 × 24位乘法器和64位累加器），能夠實現高效的音頻處理。支持雙二階濾波器、限幅器、音量控制和混音等功能，為音頻處理提供了豐富的手段。
2. 寬采樣率范圍：最高支持768 kHz的采樣率，可滿足不同音頻應用對采樣精度的要求。
3. 靈活的電源操作模式：提供24.576 MHz、49.152 MHz、73.728 MHz和98.304 MHz等多種時鐘頻率，可根據實際應用需求選擇合適的工作模式，以平衡性能和功耗。

（二）出色的音頻性能

1. 高信噪比：ADC的信噪比可達106 dB（帶A加權濾波器），DAC和耳機組合的信噪比可達110 dB（帶A加權濾波器），能夠有效減少噪聲干擾，提供清晰、純凈的音頻信號。
2. 低失真：在20 Hz至20 kHz的頻率范圍內，THD + N（總諧波失真加噪聲）指標表現優秀，如差分輸入模式下增強性能時可達 - 95 dBFS，確保音頻信號的高保真度。

（三）豐富的接口和功能

1. 多種輸入輸出接口：具有3個差分或單端模擬輸入，可配置為麥克風或線路輸入；8個數字麥克風輸入；模擬差分音頻輸出，可配置為線路輸出或耳機驅動；2個PDM輸出通道。
2. 靈活的通信接口：支持I2C、SPI、UART等控制端口，以及Master quad SPI（QSPI）和UART通信端口，方便與其他設備進行通信和控制。
3. 自啟動功能：可通過QSPI閃存實現自啟動，簡化了系統的啟動過程。
4. 靈活的GPIO和IRQ：提供靈活的通用輸入輸出引腳和中斷功能，方便進行系統擴展和控制。

三、性能指標

（一）模擬性能

1. ADC性能：分辨率為24位，數字增益步長為0.375 dB，增益范圍為 - 71.25至 + 24 dB。不同輸入模式下（單端、差分）的輸入電阻、動態范圍、信噪比、THD + N等指標表現良好，且在不同工作模式（非語音喚醒、語音喚醒、增強性能、正常性能、節能等）下具有不同的特性。
2. DAC性能：內部轉換器分辨率為24位，數字增益步長和范圍與ADC相同，斜坡速率為4.5 dB/ms。差分輸出時，滿量程輸出電壓為1.0 V rms，動態范圍和信噪比在不同條件下表現出色，耳機輸出功率在不同負載下也能滿足需求。

（二）數字性能

1. 數字濾波器：ADC輸入到DAC輸出路徑的通帶紋波在DC至20 kHz范圍內為 ± 0.02 dB，不同采樣頻率下的群延遲不同。采樣率轉換器在不同FSYNC頻率下具有不同的通帶特性，音頻帶紋波在20 Hz至20 kHz范圍內為 - 0.1至 + 0.1 dB，動態范圍可達130 dB。
2. 數字定時：對主時鐘、音頻串行端口、PDM輸出等的定時參數進行了詳細規定，確保數字信號的準確傳輸和處理。

（三）電源和功耗

1. 電源規格：AVDD、HPVDD、IOVDD電壓范圍為1.7至1.98 V，DVDD電壓范圍為0.85至1.21 V，HPVDD_L電壓范圍為1.2至HPVDD。
2. 功耗：在不同工作模式和配置下，各電源的電流消耗不同，如在典型功耗測試中，不同通道配置和工作狀態下的電流消耗有所差異。

四、工作原理

（一）信號處理流程

輸入信號可以是差分或單端模擬麥克風輸入，也可以是數字麥克風輸入。每個輸入信號經過可編程增益放大器（PGA）進行音量調整后，進入24位Σ - Δ ADC進行模數轉換。轉換后的數字信號經過FastDSP和Tensilica HiFi 3z DSP核心進行音頻處理，如濾波、混音等操作。處理后的信號再經過24位DAC進行數模轉換，最終輸出模擬音頻信號，可驅動耳機或線路輸出。

（二）時鐘生成

ADAU1860/ADAU1860 - 1可以通過板載可旁路的分數PLL從寬范圍的輸入時鐘生成內部時鐘，PLL接受30 kHz至36 MHz的輸入。對于獨立操作，也可以使用板載晶體振蕩器生成時鐘。

（三）編程和控制

通過Lark Studio圖形用戶界面（GUI）可以對FastDSP和Tensilica HiFi 3z DSP核心進行編程和控制。用戶可以在GUI中連接圖形塊（如雙二階濾波器、音量控制和算術運算），編譯設計，并將程序和參數文件通過控制端口加載到ADAU1860/ADAU1860 - 1的內存中。同時，該工具還允許用戶將設計下載到外部閃存中，實現自啟動操作。

五、應用設計要點

（一）電源旁路電容

每個模擬和數字電源引腳都應通過一個0.1 μF的電容旁路到最近的合適接地引腳。同時，在PCB上的每個電源信號都應使用一個10 μF至47 μF的大容量電容進行旁路。在布局時，要確保電容兩側的連接盡可能短，且走線在單層上無過孔，電容應與電源和接地引腳等距放置，若無法等距則可稍靠近電源引腳，并在電容另一側與接地平面進行熱連接。

（二）PCB布局

HPVDD和HPVDD_L電源用于耳機放大器，若啟用耳機放大器，連接到HPVDD和HPVDD_L引腳的PCB走線應比其他引腳的走線更寬，以提高電流承載能力。耳機輸出線也應使用更寬的走線。

（三）接地設計

在應用布局中應使用單一接地平面，將模擬信號路徑中的組件與數字信號隔離開，以減少干擾。

六、應用領域

ADAU1860/ADAU1860 - 1適用于多種音頻應用場景，包括但不限于：

1. 降噪手機、耳機和頭戴式耳機：利用其低延遲和高信噪比的特性，有效消除環境噪聲，提供清晰的音頻體驗。
2. 藍牙主動降噪（ANC）設備：實現高效的降噪功能，提升音頻質量。
3. 個人導航設備：提供清晰的語音導航提示。
4. 數碼相機和攝像機：處理音頻錄制和回放，確保音頻質量。
5. 樂器效果處理器：實現各種音頻效果的處理。
6. 多媒體揚聲器系統：提供高品質的音頻輸出。
7. 智能手機：提升手機的音頻性能。

七、總結

ADAU1860/ADAU1860 - 1音頻編解碼器以其強大的音頻處理能力、出色的音頻性能、豐富的接口和功能，以及靈活的編程和控制方式，成為了音頻設計領域的優秀選擇。電子工程師在設計音頻設備時，可以根據具體應用需求，充分利用該編解碼器的特性，優化設計方案，提高產品的音頻質量和性能。同時，在應用設計過程中，要注意電源旁路電容、PCB布局和接地設計等要點，以確保系統的穩定性和可靠性。你在實際應用中是否遇到過類似編解碼器的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。