Texas Instruments PCM3120-Q1软件控制音频ADC是一款Burr-Brown™ 高性能音频模数转换器（ADC），可为脉冲密度调制（PDM）麦克风输入提供多达两个模拟通道或四个数字通道的同时采样。

数据手册：*附件：Texas Instruments PCM3120-Q1软件控制音频ADC数据手册.pdf

TI PCM3120-Q1软件控制音频ADC实现线路和麦克风输入，用于单端和差分输入配置。ADC集成了可编程通道增益、数字音量控制、可编程麦克风偏置电压、锁相环（PLL）、可编程高通滤波器（HPF）、双四通道滤波器和低延迟滤波器模式，同时允许采样率高达768kHz。

ADC支持时分复用 (TDM)、I^2^S或左对齐 (LJ) 音频格式，并可通过I^2^C接口进行控制。这些集成高性能功能加上可通过3.3V或1.8V单电源供电，使该设备成为远场麦克风录音应用中空间受限音频系统的理想选择。

PCM3120-Q1的额定工作温度范围为-40°C至+125°C，采用20引脚WQFN封装。

特性

• 多通道高性能ADC：
  • 2通道模拟麦克风或线路输入
  • 4通道数字PDM麦克风
  • 多达2x模拟通道和多达2x数字麦克风通道
• ADC线路和麦克风差分输入性能：
  • 动态范围 (DR)：106dB
  • -95dB THD+N
• ADC通道求和模式，DR性能109dB，2通道求和
• ADC输入电压：
  • 差分，2VRMS 满量程输入
  • 单端，1VRMS 满量程输入
• ADC采样率 (f S ) = 8kHz至768kHz
• 可编程通道设置：
  • 通道增益：0dB至42dB（0.5dB步进）
  • 数字音量控制：–100dB至27dB
  • 增益校准，分辨率0.1dB
  • 相位校准，分辨率为163ns
• 可编程麦克风偏置或电源电压生成
• 低延迟信号处理滤波器选择
• 可编程HPF和双四通道数字滤波器
• 自动增益控制器 (AGC)
• 语音活动检测 (VAD)
• I^2^C控制接口
• 集成式高性能音频PLL
• 自动时钟分频器设置配置
• 音频串行数据接口：
  • TDM、I^2^S或左对齐 (LJ) 格式
  • 字长度：16位、20位、24位或32位
  • 主接口或从接口
• 3.3V或1.8V单电源运行
• 3.3V或1.8V I/O电源运行
• 1.8V AVDD电源在48kHz采样率下的功耗为9.5mW/通道

简化框图

功能框图

基于PCM3120-Q1的高性能音频ADC设计与应用

引言

PCM3120-Q1是德州仪器(TI)推出的一款车规级、高性能、软件控制的音频模数转换器(ADC)，专为汽车音频系统设计。该器件采用Burr-Brown™技术，支持2通道模拟输入和4通道数字PDM麦克风输入，具有出色的动态范围和低失真特性，非常适合汽车主动降噪、数字座舱处理单元等应用场景。

关键特性

‌1. 高性能音频转换‌

• 106dB动态范围(DR)和-95dB THD+N的出色音频性能
• 支持8kHz至768kHz的宽范围采样率
• 可编程通道增益(0dB至42dB，0.5dB步进)和数字音量控制(-100dB至27dB)

‌2. 灵活输入配置‌

• 支持差分和单端模拟输入(2Vrms差分/1Vrms单端全量程)
• 集成4通道数字PDM麦克风接口
• 可编程输入阻抗(2.5kΩ/10kΩ/20kΩ)和输入耦合方式(AC/DC)

‌3. 高级信号处理‌

• 集成自动增益控制器(AGC)和语音活动检测(VAD)
• 可编程数字滤波器(HPF和双二阶滤波器)
• 通道求和模式可提升动态范围至109dB
• 增益和相位校准功能(0.1dB/163ns分辨率)

‌4. 汽车级设计‌

• 符合AEC-Q100标准(-40°C至+125°C工作温度)
• 3.3V或1.8V单电源供电
• 20引脚WQFN封装(3mm×3mm)

应用场景

‌1. 汽车主动降噪(ANC)系统‌
PCM3120-Q1的高动态范围和低延迟特性使其成为汽车ANC系统的理想选择。其支持多麦克风输入和实时音频处理，可有效消除车内噪声。

‌2. 车载信息娱乐系统‌

• 头部单元(head unit)
• 后排娱乐系统
• 数字座舱处理单元
• 远程信息处理控制单元

‌3. 远场语音采集‌
器件的高性能ADC和可编程增益使其适合远场麦克风录音应用，配合数字滤波处理可实现清晰的语音捕获。

设计要点

‌1. 硬件设计考虑‌

• 电源设计：支持3.3V或1.8V AVDD和IOVDD，需注意电源去耦
• 参考电压：需外接1μF电容滤波VREF引脚
• 麦克风偏置：集成可编程MICBIAS(2.75V/2.5V/1.375V或1.096×VREF)
• 布局布线：注意模拟和数字地分离，减少噪声耦合

‌2. 软件配置流程‌

1. 初始化I2C接口(固定地址1001110)
2. 配置时钟源(PLL或外部时钟)
3. 设置音频接口格式(TDM/I2S/LJ)和时序
4. 配置输入通道参数(增益、阻抗等)
5. 启用数字处理功能(滤波器、AGC等)
6. 启动转换通道

‌3. 性能优化技巧‌

• 使用差分输入和AC耦合可获得最佳动态范围
• 根据应用需求选择合适的采样率和滤波器类型
• 利用增益和相位校准功能匹配多通道特性
• 在低功耗应用中可禁用PLL以降低功耗