TWL6041 用于便携式应用的 8 通道高质量低功耗音频编解码器数据手册

TWL6041 是一种具有高集成度的音频编解码器，为便携式应用程序提供模拟音频编解码器功能，如 所示。该设备包含多个音频模拟输入和输出，以及麦克风偏置和附件检测。该设备通过专有的 PDM 接口连接到 OMAP 4 主机处理器，用于音频数据通信，从而以优化的功耗和性能实现分区。多通道音频数据被多路复用到下行链路 （PDML） 和上行链路 （PDMUL） 的单根线。
*附件：twl6041.pdf

OMAP4 设备为 TWL6041 设备提供 5 个 PDM 音频输入通道 （DL0–DL4）。通道 DL0–DL3 连接到四个并行 DAC 通道，这些通道多路复用到立体声耳机（HSL、HSR）、立体声扬声器（HFL、HFR）和听筒 （EAR） 或立体声线路输出（AUXL、AUXR）。

立体声耳机路径具有低功耗 （LP） 模式，从 32 kHz 睡眠时钟运行，可实现超过 100 小时的 MP3 播放时间。当使用系统时钟输入和 DAC 路径高性能 （HP） 模式时，可实现 104 dBA 的超高动态范围。AB 类耳机驱动器提供 1Vrms 输出，并以接地为中心，可实现与耳机的无电容连接，从而减小系统尺寸并降低成本。听筒驱动器是一种差分 AB 类驱动器，对典型 32-Ω 负载具有 2-Vrms 能力，或对典型 16-Ω负载具有 1.4-Vrms 能力。

立体声扬声器路径具有无滤波器 D 类输出，每通道具有 1.5W 的功率。此外，还支持 4 Ω 负载。为了实现输出功率最大化，支持到外部升压的电源连接。扬声器驱动器还支持助听器线圈负载。

对于振动器和触觉反馈支持，TWL6041 设备具有两个 PWM 通道，具有来自 DL4 或 I 的独立输入信号^2^C. Vibra 驱动器是差分 H 桥输出，可实现 Vibra 电机的快速加速和减速。需要高压的助听器线圈或压电扬声器的外部驱动器可以连接到线路输出。

TWL6041 支持三个差分麦克风输入（MMIC、HMIC 和 SMIC）和一个多路复用到两个并行 ADC 的立体声线路输入（AFML、AFMR）。ADC 的 PDM 输出通过 UL0 和 UL1 传输到 OMAP4 处理器。AFML、AFMR 输入也可以循环到模拟输出（LB0、LB1）。

两个 LDO 提供 2.1 V 的电压，用于偏置模拟麦克风（MBIAS 和 HBIAS）。每个模拟偏置的最大输出电流为 2 mA，允许一个偏置上最多有两个麦克风。两个 LDO 提供 1.8 V 至 1.85 V 的电压，用于偏置数字麦克风（DBIAS1 和 DBIAS2）。一个偏置发生器可以同时偏置多个数字麦克风，总最大输出电流为 10 mA。

TWL6041 器件具有一个集成负电荷泵和两个用于高 PSRR 的 LDO（HS LDO 和 LS LDO）。唯一需要的外部电源是 2.1 V，由 OMAP4 系统中 TWL6030/6032 电源管理 IC （PMIC） 的 2.1 V DC-DC 提供。通过低功耗的低噪声 2.1V DC-DC 为音频供电，可实现耳机输出的高动态范围和高输出摆幅。所有其他电源输入都可以直接连接到电池或系统 1.8V I/O。

两个集成 PLL 支持在 12MHz、19.2MHz、26MHz 和 38.4MHz 系统时钟 （MCLK） 下运行，或者在 LP 播放模式下从 32kHz 休眠时钟 （CLK32K） 运行。频率规划基于所有通道的 48 kS/s 音频数据速率，主机处理器使用采样率转换器来连接不同的采样率（例如 44.1 kHz）。在低功耗音频播放的特定情况下，TWL6041 支持 44.1 kS/s 和 48 kS/s 速率。采样率或 input clocks 之间的转换是无缝的。

支持附件插拔检测 （PLUGDET）。某些耳机有一个手动开关，用于通过麦克风输入引脚将发送/结束信号提交到终端。此功能由周期性附件按钮按下检测支持，以最大限度地减少睡眠模式下的电流消耗。检测周期属性可以根据系统要求进行编程。

TWL6041BSRS 连接到 OMAP4 和 OMAP5 平台时，包括 SRS 音频效果、SRS 预处理解决方案和 SRS TruMedia，作为 Android ICS 的标准功能。

特性

• 4 个音频数模转换器 （DAC） 通道
• 立体声无电容耳机驱动器
  • 高达 104dB 的动态范围
  • 用于性能和功耗权衡的 Power Tune
• 立体声 8 Ω，每通道 1.5 W 扬声器驱动器也具有 4 Ω 支持功能
• 差速器听筒驱动器
• 立体声线路输出
• 两个音频模数转换器 （ADC） 通道
  • 96 分贝 SNR
• 四个音频输入：
  • 3 个差分麦克风输入
  • 立体声线路输入和 FM 输入
• 两个 Vibrator 和 Haptics 反馈通道
  • 差分 H 桥驱动器
• 两个低噪声模拟麦克风偏置输出
• 两个数字麦克风偏置输出
• 从线路输入到耳机和扬声器输出的模拟低功耗环路
• 双锁相环 （PLL） 提供灵活的时钟支持：
  • 用于系统低功耗播放模式的 32kHz 睡眠时钟输入
  • 12MHz、19.2MHz、26MHz 和 38.4MHz 系统时钟输入
• 附件插拔检测、附件按钮按下检测
• 集成电源：
  • 用于无电容耳机驱动器的负电荷泵
  • 两个低压差稳压器 （LDO），可实现高电源抑制比 （PSRR）
• 我^2^C 控制
• 热保护：
  • 主机中断
• 电源：
  • 模拟：2.1 V
  • 数字 I/O：1.8 V
  • 电池：2.3 V–5.5 V
• 封装 3.8mm × 3.8mm 81 引脚 WCSP

参数

1. 概述

TWL6041 是一款专为便携式应用设计的8通道低功耗音频编解码器（Audio Codec），集成了多种音频模拟和数字功能，适用于移动和智能手机、手持设备、MP3播放器等应用。

2. 主要特性

• ‌音频转换‌：
  • 四个数字到模拟转换器（DAC）
  • 两个模拟到数字转换器（ADC）
• ‌音频输出‌：
  • 立体声无电容耳机驱动器
  • 立体声8Ω、1.5W每通道扬声器驱动器（支持4Ω负载）
  • 差分听筒驱动器
  • 立体声线路输出
• ‌音频输入‌：
  • 四个音频输入
  • 三个差分麦克风输入
  • 立体声线路输入
• ‌时钟支持‌：
  • 双相锁环（PLL）支持灵活的时钟输入，包括12MHz、19.2MHz、26MHz、38.4MHz系统时钟以及32kHz睡眠时钟
• ‌电源管理‌：
  • 集成两个低压差线性稳压器（LDO）
  • 集成负电荷泵
  • 支持2.3V至5.5V电池供电
• ‌其他功能‌：
  • 附件插入和拔出检测
  • 附件按钮按下检测
  • 两个振动器和触觉反馈通道
  • I²C控制接口
  • 热保护

3. 功能框图

数据手册提供了TWL6041的简化功能框图，展示了其主要模块和信号流，包括音频输入/输出、PLL、电源管理、麦克风偏置、I²C接口等。

4. 应用

TWL6041 通过专有的PDM接口与OMAP™ 4主机处理器连接，适用于需要高集成度音频编解码功能的便携式设备。

5. 封装与订购信息

• ‌封装类型‌：3.8mm x 3.8mm 81引脚WCSP封装
• ‌订购信息‌：提供了不同型号和封装选项的订购代码，如TWL6041BYFFR和TWL6041BYFFT。

6. 电气特性

数据手册提供了详细的电气特性参数，包括但不限于：

• 工作电压范围
• 静态电流
• 音频输出功率和信噪比
• 时钟输入特性
• 输入/输出阻抗

7. 布局与布线建议

虽然数据手册没有专门章节讨论布局与布线，但通常这类信息会在应用笔记或参考设计中提供。布局时需要注意关键信号线的走线、电源和地线的处理以及去耦电容的放置。

8. 注意事项

• ‌静电放电（ESD）保护‌：在处理和组装过程中需采取适当的ESD保护措施。
• ‌热设计‌：确保设备在工作时不超过最大结温，并考虑适当的散热措施。
• ‌电源稳定性‌：为设备提供稳定且符合规格的电源输入，以避免性能下降或损坏。