探索PCM186x系列音频ADC：高性能与灵活性的完美结合

在音频处理领域，一款优秀的模数转换器（ADC）对于实现高质量音频采集和处理至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的PCM186x系列音频ADC，以其卓越的性能和丰富的功能，为音频系统设计带来了新的选择。今天，我们就来深入了解一下这个系列的产品。

文件下载：pcm1864.pdf

产品概述

PCM186x系列包括PCM1860、PCM1861、PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865等型号，它们旨在满足不同应用场景下的音频处理需求。这些器件采用了高度灵活的音频前端设计，支持从微小的毫伏级麦克风输入到2.1 VRMS的线路输入，并且可以配置为单端或差分输入，以提供最佳的性能。

产品特性

高信噪比性能

不同型号的PCM186x具有不同的信噪比（SNR）性能。例如，PCM1861、PCM1863和PCM1865的SNR可达110 dB，而PCM1860、PCM1862和PCM1864的SNR也能达到103 dB。这种高SNR性能使得PCM186x能够捕捉到更细微的音频信号，减少噪声干扰，从而实现高质量的音频采集。

灵活的采样率和通道配置

PCM186x的ADC采样率范围为8 kHz至192 kHz，可以根据具体应用需求进行调整。此外，该系列产品还提供了多达四个独立的ADC通道，用户可以根据需要选择2通道或4通道的配置，以满足不同的音频采集需求。

多种控制方式

PCM186x支持硬件（HW）和软件（SW）两种控制方式。其中，PCM1860和PCM1861采用硬件控制，而PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865则支持软件控制（I²C或SPI）。这种多样化的控制方式为用户提供了更多的选择，使得系统设计更加灵活。

可编程增益放大器（PGA）

PCM186x集成了可编程增益放大器（PGA），可以根据输入信号的强度进行增益调整。对于硬件控制的PCM1860和PCM1861，PGA提供了0 dB、12 dB和32 dB三种固定增益选项；而软件控制的PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865则支持-12 dB至+32 dB的可编程增益调整，步长为0.5 dB。这种可编程的增益调整功能使得PCM186x能够适应不同强度的输入信号，提高了系统的适应性。

集成高性能音频PLL

PCM186x集成了高性能的音频PLL，可以从1 MHz至50 MHz的任何时钟源生成真实的音频速率时钟。这种功能使得PCM186x能够在不同的时钟环境下稳定工作，为系统设计提供了更大的灵活性。

低功耗设计

PCM186x采用了低功耗设计，在3.3 V电源供电下，不同型号的功耗有所不同。例如，PCM1860、PCM1861、PCM1862和PCM1863的功耗小于85 mW，而PCM1864和PCM1865的功耗小于145 mW。此外，该系列产品还支持Energysense音频内容检测功能，可用于自动系统唤醒和睡眠，进一步降低了系统的功耗。

应用领域

PCM186x的高性能和灵活性使其适用于多种音频应用场景，包括家庭影院和电视、语音控制设备、蓝牙扬声器、麦克风阵列处理器等。在这些应用中，PCM186x能够提供高质量的音频采集和处理，满足用户对音频质量的要求。

详细功能解析

模拟前端

PCM186x的模拟前端具有高度的灵活性，支持单端和差分输入。在单端模式下，最大输入电平可达2.1 VRMS；而在差分模式下，最大输入电平可达4.2 VRMS。此外，模拟前端的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，为系统设计提供了更多的可能性。不过需要注意的是，在使用模拟输入时，建议使用直流阻塞电容器，以确保正确的直流偏置条件。

麦克风支持

PCM186x支持模拟和数字麦克风。对于模拟麦克风，PCM186x可以提供2.6 V的麦克风偏置电压，以驱动和偏置麦克风。对于数字麦克风，PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865支持多达四个数字麦克风输入，通过GPIO引脚进行连接。不同型号的PCM186x在数字麦克风支持方面有所差异，例如PCM1864和PCM1865支持2通道数字麦克风 + 2通道ADC模式，而PCM1862和PCM1863则需要采用ADC + I²S输入配置才能实现四通道输入。

可编程增益放大器（PGA）

PCM186x的PGA是一种混合式的模拟和数字可编程增益放大器，采用了自动增益映射功能，允许在单个寄存器中设置每个通道的增益。这种功能使得增益设置更加方便，同时也提高了系统的稳定性。在改变增益时，PCM186x采用零交叉检测技术，以减少拉链噪声的产生。不过需要注意的是，改变PGA增益时需要确保片上DSP处于时钟运行状态。

自动削波抑制

软件控制的PCM186x器件具有自动削波抑制功能，当ADC检测到削波时，会自动降低增益，以避免削波现象的发生。同时，该功能还会生成内部中断，通知系统微控制器进行相应的处理。用户可以根据需要设置削波抑制的衰减水平和通道链接方式，以满足不同的应用需求。

时钟系统

PCM186x的时钟系统具有极高的灵活性，支持多种时钟源和时钟模式。该系列产品可以从外部晶体或CMOS电平时钟源获取主时钟，并且集成了片上PLL，可以根据输入时钟生成所需的音频时钟。此外，PCM186x还支持时钟错误检测功能，当检测到时钟错误时，会自动进入待机或睡眠状态，以保护设备免受损坏。

二次ADC

PCM186x的二次ADC是一种低功耗、非音频ADC，主要用于睡眠模式下的模拟输入监测和系统中的直流电压测量。该二次ADC可以在睡眠模式下独立工作，监测音频输入信号或直流电平变化，当检测到信号超过阈值时，会触发中断，通知系统唤醒。此外，二次ADC还支持控制检测功能，可用于连接简单的模拟源，如电池电压和控制电位器。

音频处理

PCM186x的DSP1和DSP2是固定功能的处理器，用于执行多种滤波、混合、信号检测和管理功能。这些处理器的系数可以通过间接方式使用Page1上的寄存器进行编程，以实现不同的音频处理效果。例如，数字抽取滤波器可以选择经典的FIR响应或低延迟的IIR响应，同时还提供了独立的高通滤波器，用于去除信号中的直流偏置。

可映射GPIO引脚

软件控制的PCM186x器件的所有GPIO引脚都可以进行各种功能配置，包括极性反转、输入类型控制等。这些引脚可以用于连接外部设备，如传感器、开关等，以实现系统的扩展和控制。

中断控制器

PCM186x的中断控制器可以将多种信号映射到中断输出，包括Energysense、二次ADC控制检测、PGA削波和DIN切换检测等。用户可以通过配置中断控制器的相关寄存器，实现对中断信号的过滤、监测和清除，以满足不同的应用需求。

音频格式选择和时序细节

PCM186x支持多种音频格式，包括左对齐、右对齐、I²S和时分复用（TDM）等。用户可以通过寄存器配置音频格式和时序细节，以满足不同的音频接口需求。例如，在TDM模式下，PCM186x可以支持2至4通道的音频数据传输，并且可以输出二次ADC的数据。

电源模式

PCM186x具有多种电源模式，包括活动模式、睡眠模式、空闲模式和待机模式。不同的电源模式下，器件的功能和功耗有所不同。用户可以根据系统的需求选择合适的电源模式，以实现低功耗运行。

应用设计要点

设备控制方法

在应用设计中，需要根据具体需求选择合适的设备控制方法。对于硬件控制的PCM1860和PCM1861，需要通过引脚配置来设置控制接口类型、时钟模式和速率、音频数据格式、数字滤波器选择和模拟输入通道等参数。而对于软件控制的PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865，则可以通过I²C或SPI接口进行配置和控制。

电源供应

PCM186x的电源供应需要注意以下几点：首先，该系列产品采用3.3 V和1.8 V的混合电源设计，用户可以根据需要选择单电源或独立的模拟、数字和IO电源。其次，建议在电源引脚附近放置去耦电容器，以减少电源噪声的影响。最后，在使用外部1.8 V电源绕过内部LDO时，需要确保IOVDD和LDO都为1.8 V，并且TDM模式的采样频率不能超过96 kHz。

主时钟源

为了获得最佳的性能，建议在设计中使用稳定的主时钟源，如CMOS SCK或外部晶体。如果时钟源与音频速率无关，则需要启用PLL，并进行相应的配置。在连接外部晶体时，需要根据晶体制造商的数据手册选择合适的电容器，并将其连接到XI和XO引脚。

模拟输入配置

在模拟输入配置方面，需要根据具体应用选择单端或差分输入方式。对于单端输入，建议使用100 Ω的抗混叠滤波器电阻；对于差分输入，建议使用47 Ω的抗混叠滤波器电阻，并确保串联电阻匹配，以保持共模抑制比。此外，还需要在输入引脚附近放置薄膜电容器，以提高ADC的动态性能。

PCB布局

PCB布局对于PCM186x的性能至关重要。在布局时，应尽量将模拟和数字部分分开，避免数字噪声对模拟信号的干扰。同时，建议使用底层铜平面作为共享接地，顶层也可以使用接地平面，以减少接地电位差的影响。去耦电容器应尽量靠近电源引脚放置，并且避免在去耦电容器和器件之间使用过孔。此外，还可以在输入走线之间放置接地平面，以降低串扰。

总结

PCM186x系列音频ADC以其高性能、灵活性和低功耗等特点，为音频系统设计提供了优秀的解决方案。无论是家庭影院、语音控制设备还是蓝牙扬声器等应用，PCM186x都能够满足用户对音频质量的要求。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号和配置参数，并注意PCB布局和电源供应等方面的问题，以充分发挥PCM186x的性能优势。

作为电子工程师，我们在设计音频系统时，需要不断探索和尝试新的技术和产品，以满足市场对音频质量的不断提高的要求。PCM186x系列音频ADC无疑是我们的一个不错的选择，希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地了解和应用这款产品。你在使用PCM186x过程中遇到过哪些问题呢？或者对于音频系统设计，你有什么独特的见解？欢迎在评论区留言分享！