WM8738：高性能立體聲音頻ADC的深度解析

在當(dāng)今的消費(fèi)電子市場(chǎng)中，音頻處理的需求日益增長(zhǎng)，一款高性能的音頻ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下Wolfson Microelectronics推出的WM8738，這是一款專為消費(fèi)應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能立體聲音頻ADC。

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1. 產(chǎn)品概述

WM8738具備立體聲線路電平音頻輸入，還有一個(gè)控制輸入引腳，可讓音頻接口在兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模式下運(yùn)行。同時(shí)，它擁有可選的數(shù)字高通濾波器，能去除殘留的直流偏移。其立體聲24位多位sigma - delta ADC搭配過(guò)采樣數(shù)字插值濾波器，支持24位數(shù)字音頻輸出字長(zhǎng)和32kHz至96kHz的采樣率。該器件采用小型14引腳SOIC封裝。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 音頻性能

具有90dB的信噪比（‘A’加權(quán) @ 48kHz），能提供高質(zhì)量的音頻轉(zhuǎn)換。

2.2 電源供應(yīng)

• 模擬電源電壓范圍為3.0 - 5.5V，數(shù)字電源電壓范圍為3.0 - 3.6V，這種寬范圍的電源供應(yīng)增強(qiáng)了其在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的適應(yīng)性。

  2.3 采樣頻率

  ADC采樣頻率為32kHz - 96kHz，可滿足多種音頻采樣需求。

  2.4 濾波器

  具備可選的ADC高通濾波器，能有效去除音頻信號(hào)中的直流偏移。

  2.5 音頻數(shù)據(jù)接口模式

  支持可選的音頻數(shù)據(jù)接口模式 (I^{2}S) 或左對(duì)齊模式，方便與不同的音頻系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。

  2.6 封裝

  采用14引腳SOIC封裝，體積小巧，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

3. 引腳配置與描述

3.1 引腳配置

3.2 注意事項(xiàng)

數(shù)字輸入引腳具有施密特觸發(fā)輸入緩沖器，并且能耐受5V電壓。

4. 絕對(duì)最大額定值與推薦工作條件

4.1 絕對(duì)最大額定值

4.2 推薦工作條件

5. 電氣特性

在特定的測(cè)試條件下（AVDD = 5.0V, AGND = 0V, DVDD = 3.3V, DGND = 0V, (T{A}= +25^{circ}C) , fs = 48kHz, MCLK = 256fs），WM8738表現(xiàn)出了良好的電氣特性。例如，其輸入低電平 (V{IL}) 最大為0.8V，輸入高電平 (V{IH}) 最小為2.0V；輸出低電平 (V{OL}) 在 (I{OL} = 1mA) 時(shí)最大為0.1 x DVDD，輸出高電平 (V{OH}) 在 (I_{OH} = 1mA) 時(shí)最小為0.9 x DVDD。在音頻性能方面，信噪比（SNR）在不同采樣率和電源電壓下都能達(dá)到90dB（A加權(quán)，0dB增益），動(dòng)態(tài)范圍（DNR）在A加權(quán)， - 60dB滿量程輸入時(shí)為85 - 97dB，總諧波失真（THD）在 - 1dB輸入，0dB增益時(shí)為 - 87dB等。

6. 數(shù)字音頻接口時(shí)序

6.1 主時(shí)鐘時(shí)序

主時(shí)鐘MCLK的脈沖寬度高 (T{MCLKH}) 最小為10ns，脈沖寬度低 (T{MCLKL}) 最小為10ns，周期時(shí)間 (T_{MCLKY}) 最大為27ns。

6.2 音頻數(shù)據(jù)輸入時(shí)序

BCLK周期時(shí)間 (t{BCY}) 典型值為80ns，脈沖寬度高 (t{BCH}) 典型值為40ns，脈沖寬度低 (t{BCL}) 典型值為40ns；LRCLK設(shè)置時(shí)間到BCLK上升沿 (t{LRSU}) 典型值為10ns，保持時(shí)間從BCLK上升沿 (t{LRH}) 典型值為10ns；SDATO從BCLK下降沿的傳播延遲 (t{DD}) 典型值為10ns。

7. 內(nèi)部上電復(fù)位電路

WM8738包含一個(gè)內(nèi)部上電復(fù)位電路，用于在電源上電后將數(shù)字邏輯復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)。該電路會(huì)監(jiān)測(cè)DVDD和CAP，如果DVDD或CAP低于最小閾值 (V{pax_off}) ，則將PORB置低。上電時(shí)，POR電路需要AVDD存在才能工作，PORB保持低電平直到AVDD、DVDD和CAP建立。當(dāng)這些條件滿足后，PORB釋放為高電平，所有寄存器處于默認(rèn)狀態(tài)，此時(shí)可以對(duì)數(shù)字接口進(jìn)行寫(xiě)入操作。在電源掉電時(shí)，只要DVDD或CAP下降到最小閾值 (P{par_ott}) 以下，PORB就會(huì)置低。在大多數(shù)應(yīng)用中，設(shè)備釋放PORB為高電平所需的時(shí)間由CAP節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間決定。

8. 設(shè)備詳細(xì)描述

8.1 簡(jiǎn)介

WM8738專為音頻錄制設(shè)計(jì)，其特性、性能和低功耗使其非常適合可記錄CD或DVD播放器、卡拉OK、MP3播放器和迷你光盤播放器等應(yīng)用。板載立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采用多位高階過(guò)采樣架構(gòu)，在低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)了最佳性能。ADC包含一個(gè)可選的數(shù)字高通濾波器，可去除音頻信號(hào)中的不需要的直流分量。該設(shè)備支持256、384、512fs或768fs（fs為采樣率）的系統(tǒng)時(shí)鐘輸入。

8.2 ADC

WM8738使用多位過(guò)采樣sigma - delta ADC，多位反饋和高過(guò)采樣率減少了抖動(dòng)和高頻噪聲的影響。ADC滿量程輸入在AVDD = 5.0 volts時(shí)為1.0V rms，任何大于滿量程的電壓可能會(huì)使ADC過(guò)載并導(dǎo)致失真。ADC濾波器進(jìn)行真正的24位信號(hào)處理，將ADC的原始多位過(guò)采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為正確的采樣頻率，以便在數(shù)字音頻接口上輸出。

8.3 ADC數(shù)字濾波器

ADC數(shù)字濾波器包含一個(gè)數(shù)字高通濾波器，可通過(guò)引腳NOHP進(jìn)行選擇。當(dāng)NOHP = 0時(shí)，數(shù)字高通濾波器啟用；當(dāng)NOHP = 1時(shí)，數(shù)字高通濾波器旁路。高通濾波器的響應(yīng)在數(shù)字濾波器特性中有詳細(xì)描述，其操作可去除音頻信號(hào)中存在的殘留直流偏移。

8.4 音頻數(shù)據(jù)采樣率

在典型的數(shù)字音頻系統(tǒng)中，通常只有一個(gè)中央時(shí)鐘源產(chǎn)生參考時(shí)鐘，所有音頻數(shù)據(jù)處理都與之同步，這個(gè)時(shí)鐘通常被稱為音頻系統(tǒng)的主時(shí)鐘。外部主系統(tǒng)時(shí)鐘可以直接通過(guò)MCLK輸入引腳施加。建議使用抖動(dòng)最小的時(shí)鐘源來(lái)優(yōu)化ADC的性能。WM8738的主時(shí)鐘支持256fs到768fs的音頻采樣率，其中fs是音頻采樣頻率LRCLK，通常為32kHz、44.1kHz、48kHz或96kHz。主時(shí)鐘用于操作數(shù)字濾波器和噪聲整形電路。WM8738有一個(gè)主時(shí)鐘檢測(cè)電路，可自動(dòng)確定主時(shí)鐘頻率和采樣率之間的關(guān)系（誤差在 +/- 32個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘內(nèi)）。如果誤差大于32個(gè)時(shí)鐘，接口將被禁用，并保持輸出電平為最后一個(gè)采樣值。主時(shí)鐘必須與LRCLK同步，不過(guò)WM8738對(duì)該時(shí)鐘的相位變化或抖動(dòng)具有一定的容忍度。

8.5 數(shù)字音頻接口

WM8738有兩種數(shù)據(jù)輸出格式，可通過(guò)FMT引腳進(jìn)行選擇。當(dāng)FMT = 0時(shí)，ADC音頻數(shù)據(jù)輸出為 (I^{2}S) 格式；當(dāng)FMT = 1時(shí)，ADC音頻數(shù)據(jù)輸出為左對(duì)齊格式。兩種模式都是MSB優(yōu)先。數(shù)字音頻接口從內(nèi)部ADC數(shù)字濾波器獲取數(shù)據(jù)，SDATO是ADC數(shù)字濾波器輸出的格式化數(shù)字音頻數(shù)據(jù)流，左右聲道進(jìn)行了復(fù)用。LRCLK是一個(gè)對(duì)齊時(shí)鐘，控制SDATO線上是左聲道還是右聲道數(shù)據(jù)。SDATO和LRCLK與BCLK信號(hào)同步，每個(gè)數(shù)據(jù)位的轉(zhuǎn)換由BCLK的低到高轉(zhuǎn)換表示。

9. 數(shù)字濾波器特性

10. 應(yīng)用信息

10.1 推薦外部組件

在使用WM8738時(shí)，需要合理選擇外部組件。例如，AGND和DGND應(yīng)盡可能靠近WM8738連接，C2、C3、C9和C11應(yīng)盡可能靠近WM8738放置，并且要仔細(xì)選擇電容器類型，建議使用低ESR的電容器以獲得最佳性能。

10.2 推薦外部組件值

11. 封裝尺寸

WM8738采用14引腳SOIC 3.9mm寬體封裝，其具體尺寸在文檔中有詳細(xì)說(shuō)明，這里就不一一列舉了。需要注意的是，所有線性尺寸以毫米（英寸）為單位，該圖紙可能會(huì)在不通知的情況下進(jìn)行更改，并且主體尺寸不包括模具飛邊或凸起，不超過(guò)0.25mm（0.010英寸），符合JEDEC.95 MS - 012標(biāo)準(zhǔn)。

12. 重要注意事項(xiàng)

Wolfson Microelectronics的產(chǎn)品和服務(wù)銷售需遵循其銷售、交付和付款的條款和條件。Wolfson保證其產(chǎn)品在發(fā)貨時(shí)符合規(guī)格要求，但保留對(duì)產(chǎn)品和規(guī)格進(jìn)行更改或停止任何產(chǎn)品或服務(wù)的權(quán)利，客戶應(yīng)從Wolfson獲取最新版本的相關(guān)信息以確保信息的時(shí)效性。同時(shí)，該產(chǎn)品不適合用于生命支持系統(tǒng)、電器、核系統(tǒng)或可能因故障導(dǎo)致人身傷害、死亡或嚴(yán)重財(cái)產(chǎn)或環(huán)境損害的系統(tǒng)，客戶使用該產(chǎn)品用于此類目的需自行承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

總之，WM8738是一款功能強(qiáng)大、性能出色的立體聲音頻ADC，在消費(fèi)音頻領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)音頻系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮其各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理選擇外部組件，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高性能。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。