ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450 SigmaDSP数字音频处理器技术手册

概述
ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450是获得汽车认证的音频处理器，数字信号处理能力远超早先的SigmaDSP ^®^ 器件。 其硬件架构经过重构，针对高效音频处理做了优化。 音频处理算法采用逐样本和逐模块范式实现，它们可在信号处理流程中同时执行，方法是使用图形编程工具SigmaStudio ^™^ 。 与前几代SigmaDSP所需的指令相比，重构的数字信号处理器(DSP)内核架构能以大幅精简的指令执行某类音频处理算法，从而极大地改善代码效率。
数据表：*附件：ADAU1452 ADAU1451 ADAU1450 SigmaDSP数字音频处理器技术手册.pdf

1.2 V、32位DSP内核的工作频率最高可达294.912 MHz，每样本以48 kHz标准采样速率执行最多6144条指令。 另外，除了工业标准速率，还提供各种宽范围采样速率。 整数PLL和灵活的时钟发生器硬件可同时生成最多15个音频采样速率。 这些时钟发生器与灵活的硬件音频路由矩阵结合，使ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450成为理想的音频集线器，极大地简化了复杂的多速率音频系统设计。

ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450集成高度可配置的串行端口、S/PDIF接口（ADAU1452和ADAU1451上）和多功能输入/输出引脚，可连接广泛的ADC、DAC、数字音频器件、放大器和控制电路。 这些器件针对性地集成了抽取滤波器，能直接连接PDM输出型MEMS麦克风。

独立的从机器件和主机I^2^C/SPI控制端口不但允许通过外部主机器件对ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450进行编程和配置，而且作为主机还允许直接编程和配置外部从机器件。 利用此灵活性，再加上自引导功能，即可设计出独立系统，无需外部输入即可正常工作。

高能效DSP内核执行整个程序，其功耗仅为几百mW，甚至在温度超过100℃的最差情况下，也可在最高程序负载下运行，同时功耗低于一瓦特。ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450具有相对较低的功耗和小尺寸，是代替体积较大的通用DSP器件的理想选择——后者在相同的处理负载下功耗更高。

ADAU1452、ADAU1451和ADAU1450的区别

该器件的三种型号通过存储器、DSP内核频率、S/PDIF接口的可用性以及ASRC配置加以区分。

由于ADAU1450不包含S/PDIF接收器和发射器，所以其SPDIFIN和SPDIFOUT引脚无效。 此外，ADAU1450中任何与S/PDIF输入或输出相关的寄存器设置在其工作时均无效。

同样，由于ADAU1450不包含ASRC，所以ADAU1450中任何与ASRC相关的寄存器设置在其工作时均无效。

应用

• 汽车音频处理
  • 音响主机
  • 导航系统
  • 后座娱乐系统
  • DSP 放大器（音响系统放大器）
• 商用和专业音频处理
• 消费电子音频处理
  特性
• 通过汽车应用认证
• 完全可编程音频DSP，可改善声音处理性能
• 可利用专有图形编程工具SigmaStudio开发自定义信号流程
• 最高 294.912 MHz、32 位 SigmaDSP 内核(1.2 V)
  • 48 kHz 时每样本最多 6144 个 SIMD 指令
  • 高达 40 k 字参数/数据 RAM
  • 48 kHz 时数字音频延迟池最高 800 ms
• 音频输入/输出和路由
  • 4 个串行输入端口，4 个串行输出端口
  • 48通道、32 位数字输入/输出，采样速率高达 192 kHz
  • 用于 TDM、I^2^S、左对齐和右对齐格式、以及 PCM 的灵活配置
  • 多达 8 个立体声 ASRC，比率范围从 1:8 到 7.75:1 和 139 dB DNR
  • 立体声 S/PDIF 输入和输出
  • 四个 PDM 麦克风输入通道
  • 多通道、字节可寻址、TDM 串行端口
• 时钟振荡器可从晶振产生主时钟
• 整数 PLL 和灵活的时钟发生器
• 集成裸片温度传感器

框图

引脚配置描述

工作原理

系统框图

图13. 系统框图及外部组件连接示例

概述

ADAU1452/ADAU1451/ADAU1450是增强型音频处理器，拥有48个输入和输出通道。它们包括用于在各种输入、输出、SigmaDSP内核以及集成采样率转换器之间进行音频信号硬件路由的选项。

SigmaDSP内核具备完整的32位处理能力，在双精度模式下采用80位算术逻辑单元（ALU）。通过四倍乘法累加器（MAC）数据路径，ADAU1452/ADAU1451每秒可执行超过12亿次MAC操作，使SigmaDSP系列产品中的前代处理器具备远超其能力的处理性能。强大的DSP内核能够在标准48kHz采样率下处理3000个双精度基带滤波器或24000个FIR滤波器抽头。

ADAU1452 - 150/ADAU1450具备ADAU1450的一半处理能力。其他特性包括同步参数加载，以确保滤波器稳定性和与SigmaStudio软件的100%代码兼容性。SigmaStudio音频处理算法库使系统设计人员能够通过扬声器均衡、多频段压缩、限幅和第三方品牌算法，补偿实际扬声器、放大器和聆听环境中的各种因素。

输入音频路由矩阵和输出音频路由矩阵允许用户对来自多个源的输入进行多路复用，这些源可以以不同的采样率运行，然后将其传递到所需的硬件输出端。这种多路复用极大地降低了信号路由和时钟问题在音频系统中的复杂性。音频子系统包括多达八个立体声ASRC（具体取决于设备型号：ADAU1452/ADAU1451上有输入和输出，ADAU1450上仅有输出），以及串行（I²S）和TDM（时分复用）输入/输出。这些输入中的任何一个都可以路由到SigmaDSP内核或任何ASRC（ADAU1450除外，其没有ASRC）。同样，输出信号可以从SigmaDSP内核、任何ASRC输出、串行输入、PDM麦克风或S/PDIF接收器获取。这种路由方案可通过矩阵控制寄存器随时修改，从而在无需更改硬件设计的情况下实现最大的系统灵活性。
两个串行输入端口和两个串行输出端口可以成对在一种特殊灵活的TDM模式下工作，这允许用户独立于不同比特深度的音频流，在特定字节位置进行操作。这种模式确保了与使用类似灵活TDM结构的编解码器的兼容性。

DSP内核针对音频处理进行了优化，能够以高达192kHz的采样率处理音频。程序和参数/数据随机存取存储器（RAM）可以加载使用亚德诺半导体（Analog Devices）公司的SigmaStudio图形化编程软件构建的自定义音频处理信号流，该软件可从www.analog.com获取。存储在参数RAM中的值能够控制各个信号处理模块，例如无限冲激响应（IIR）和有限冲激响应（FIR）滤波器、动态处理器、音频延迟以及混音器电平。软件安全加载功能允许透明的参数更新，并防止输出信号出现爆音。

诸如内存奇偶校验和程序计数器监控等可靠性特性，有助于确保系统能够检测并从与内存损坏相关的任何错误中恢复。

在ADAU1452/ADAU1451上，S/PDIF流中的音频数据可以路由到ASRC进行DSP处理，或直接发送到多功能引脚（MXP）以恢复嵌入的音频信号。流中的其他组件，包括状态位和用户位，不会丢失，并且可以在MXP引脚上输出。用户还可以独立于嵌入在S/PDIF音频发射器输出信号中的音频数据进行传输。

14个MXP引脚可用于为外部微控制器提供简单的用户界面或作为通用输入/输出（GPIO）。这些MXP引脚可用于输入外部控制信号和输出标志及控制其他系统中的设备。例如，MXP引脚可以连接到按钮、开关、旋转编码器或其他外部控制电路，以控制内部信号处理程序。当配置为输出时，这些引脚可用于驱动缓冲器中的LED、控制外部微控制器、其他控制IC，或将输出信号连接到应用中的电路。此外，还有六个专用模拟引脚（AUXADC5至AUXADC0），用作模拟控制的辅助输入或电压。