剖析PCM186x - Q1：汽车音频ADC的高性能解决方案

作为一名电子工程师，在设计音频系统时，一款高性能且可靠的音频ADC至关重要。今天，我们就来深入剖析德州仪器（Texas Instruments）的PCM186x - Q1系列汽车级音频ADC，看看它能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：pcm1862-q1.pdf

产品概述

PCM186x - Q1系列包括PCM1860 - Q1、PCM1861 - Q1、PCM1862 - Q1、PCM1863 - Q1、PCM1864 - Q1和PCM1865 - Q1等型号，专为汽车应用而设计。这些ADC采用了新的音频功能集成方法，既满足了欧洲生态设计法规的要求，又能以较低的成本实现高性能的终端产品。它们支持单电源3.3V供电，在小封装内集成了可编程增益放大器（PGA），非常适合设计更小巧、智能且低成本的产品。

核心特性

1. 汽车级认证与高可靠性

该系列产品通过了AEC - Q100汽车应用认证，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能够适应恶劣的汽车环境。同时，其HBM ESD分类等级为2，CDM ESD分类等级为C5，具备良好的静电防护能力，保障了产品在实际应用中的稳定性和可靠性。

2. 出色的信噪比（SNR）性能

不同型号的产品在SNR性能上有所差异。其中，PCM1861 - Q1/63 - Q1/65 - Q1的SNR高达110dB，而PCM1860 - Q1/62 - Q1/64 - Q1也能达到103dB。高SNR性能意味着该ADC能够更好地还原音频信号，减少噪声干扰，为用户带来更纯净的音频体验。

3. 灵活的采样率与多通道支持

ADC采样率范围为8kHz至192kHz，可根据不同的应用需求进行灵活配置。而且，它最多支持四个独立的ADC通道，为多声道音频处理提供了可能。输入模式方面，支持单端2.1 - VRMS全量程输入和差分4.2 - VRMS全量程输入，能够适应多种音频信号源。

4. 控制方式多样

硬件控制的PCM1860 - Q1/61 - Q1通过引脚配置实现功能控制，操作简单直观；软件控制的PCM1862 - Q1/63 - Q1/64 - Q1/65 - Q1则支持I2C或SPI接口，可通过编程实现更复杂的功能配置。此外，软件控制的设备还支持最多四个数字麦克风，进一步拓展了音频输入的可能性。

5. 可编程增益放大器

PCM186x - Q1采用了两级可编程增益放大器（PGA），模拟部分实现粗增益调整，数字部分实现细增益调整。硬件控制的PCM1860 - Q1/61 - Q1提供固定增益选项，如0dB、12dB、32dB；而软件控制的PCM1862 - Q1/63 - Q1/64 - Q1/65 - Q1则支持 - 12dB至 + 32dB的可编程增益，且增益步长可精确到0.5dB，能够满足不同音频信号的放大需求。

6. 低功耗设计

在3.3V电源电压下，不同型号的功耗有所不同，但总体都处于较低水平。例如，PCM1860 - Q1/61 - Q1/62 - Q1/63 - Q1的功耗小于85mW，PCM1864 - Q1/65 - Q1的功耗小于145mW。此外，该系列产品还具有Energy sense音频内容检测功能，可实现自动系统唤醒和睡眠，进一步降低功耗。

7. 其他特性

• 集成了高性能音频PLL，可提供稳定的时钟信号，保证音频处理的准确性。
• 支持主从音频接口模式，方便与其他音频设备进行连接和协同工作。
• 具备自动PGA削波抑制控制功能，可有效避免音频信号在放大过程中出现削波失真。
• 所有设备的PCB引脚封装兼容，方便在不同型号之间进行替换和升级。

应用领域

PCM186x - Q1系列产品非常适合多种汽车音频应用场景，包括汽车主机、外部汽车放大器和远程信息处理控制单元（TCU）等。其高性能和高可靠性能够满足汽车音频系统对音质、稳定性和低功耗的严格要求。

详细功能解析

1. 模拟前端

PCM186x - Q1的模拟前端具有极高的灵活性，可接受单端或差分输入。在单端模式下，支持最高2.1VRMS的输入；在差分模式下，支持最高4.2VRMS的输入。MIX和MUX电路允许在单端和差分模式下对模拟输入进行混合和复用，但需要注意的是，在PGA之前没有单独的增益控制。此外，为了确保正确的直流偏置条件，模拟输入需要使用直流阻塞电容。

2. 麦克风支持

该系列产品支持模拟和数字麦克风。对于模拟麦克风，需要提供2.6V的偏置电压；对于数字麦克风，2通道的ADC型号可支持两个数字麦克风，4通道的型号则可支持最多四个数字麦克风。不同型号的产品在数字麦克风模式下的增益选项有所不同，用户可根据实际需求进行选择。

3. 输入多路复用器

硬件控制的PCM1860 - Q1和PCM1861 - Q1可通过MD2、MD5和MD6配置引脚实现宽增益范围的控制；软件控制的PCM1862 - Q1、PCM1863 - Q1、PCM1864 - Q1和PCM1865 - Q1则可通过寄存器选择实现输入信号的混合和复用，还能对输入信号的极性进行反转，使用起来更加灵活。

4. 时钟系统

PCM186x - Q1的时钟架构极为灵活，可作为时钟主设备或从设备。它可以从外部晶体或CMOS电平时钟获取主时钟，并且集成了片上PLL，能够从1MHz至50MHz的任何时钟源生成实际音频速率的时钟。不同的时钟模式（如ADC主模式、ADC从模式、ADC从PLL模式和ADC非音频MCK模式）可根据实际应用场景进行选择，同时还可以通过寄存器对时钟进行配置和管理。

5. 模数转换器（ADCs）

主音频ADC的SNR表现出色，不同型号有所差异。此外，该系列产品还配备了一个辅助ADC，主要用于信号电平检测或直流电平变化检测。在睡眠模式下，辅助ADC可切换时钟源为片上振荡器，以实现低功耗运行。辅助ADC支持两种主要功能：Energy sense和Control sense，可根据不同的应用需求进行配置，并且都能在阈值跨越时生成中断信号。

6. Energy sense功能

为了满足欧洲生态设计法规对产品待机功耗的要求，PCM186x - Q1增加了Energy sense功能。该功能可与微控制器配合使用，在音频信号丢失或恢复时触发中断信号，从而通知微控制器改变设备的工作状态。Energy sense功能分为信号丢失标志和信号恢复标志两部分，不同型号的产品支持的功能可能有所不同。

7. 音频处理

DSP1和DSP2是固定功能的处理器，用于执行滤波、混合、信号检测和管理等多种功能。通过间接使用Page1上的寄存器，可以对DSP的系数进行编程。在数字处理方面，包括数字抽取滤波器、数字PGA和数字混合功能等，这些功能可帮助工程师实现更复杂的音频处理需求。

8. 其他功能

• Fade - In和Fade - Out功能：可避免音频信号在设备启动、关闭、静音或取消静音时出现爆音，提升音频播放的平滑度。
• 可配置的GPIO引脚：软件控制的设备上的所有GPIO引脚都可配置为不同的功能，并且可以反转极性，方便与其他电路进行协同工作。
• 中断控制器：硬件控制的设备仅有Energy sense信号检测作为默认中断输出，而软件控制的设备则有多个信号可映射到中断输出，包括Energy sense、辅助ADC控制感测中断、PGA削波和DIN切换等。

应用与设计考虑

1. 应用信息

在设计应用时，需要考虑设备的控制方法（硬件控制或软件控制）、电源供应选项（单电源、分离的模拟和数字电源、分离的IO电源）、主时钟源（外部CMOS电平时钟或外部晶体）以及模拟输入配置（单端或差分）等因素。例如，在典型的应用中，需要根据具体需求选择合适的型号和配置方式，以实现最佳的性能和功能。

2. 电源供应

PCM186x - Q1使用AVDD、DVDD和IOVDD三个内部电源轨，分别为模拟电路、数字时钟电路和输入/输出数字电路供电。片上集成的LDO可将外部3.3V转换为数字核心所需的1.8V。在设计电源供应时，需要确保满足设备的最低电源要求，避免出现欠压情况。同时，还可以通过旁路片上LDO并提供1.8V电源来降低功耗，但需要注意TDM模式下的频率限制。

3. 布局设计

在进行PCB布局时，应采用最佳的设计实践，将模拟和数字部分分开布局，避免数字噪声干扰模拟信号。同时，应将去耦电容尽可能靠近电源引脚放置，以减少电源噪声。此外，使用单层接地平面可以避免模拟和数字接地之间的电位差，提高设备的性能。

4. 寄存器映射

软件控制的设备通过寄存器映射进行配置，寄存器分为四个页面：0、1、3和253。不同的页面负责不同的功能配置，如设备配置、DSP系数编程和低功耗设置等。在使用寄存器时，需要仔细阅读文档，确保正确配置寄存器以实现所需的功能。

总之，PCM186x - Q1系列汽车音频ADC以其高性能、高可靠性和灵活性，为汽车音频系统的设计提供了一个优秀的解决方案。作为电子工程师，我们可以充分利用其丰富的功能和特性，设计出更加优质的汽车音频产品。大家在实际应用中如果遇到问题，欢迎在评论区留言讨论哦！