德州仪器PCM2900C和PCM2902C立体声音频编解码器深度解析

作为电子工程师，在音频处理项目中，合适的编解码器至关重要。今天我们就来深入了解一下德州仪器推出的PCM2900C和PCM2902C立体声音频编解码器，它们自带USB接口，还具备单端模拟输入/输出以及S/PDIF功能（仅PCM2902C），适用于多种USB音频设备。

文件下载：pcm2902c.pdf

一、特性亮点

1. 功能差异与USB接口

PCM2900C没有S/PDIF功能，而PCM2902C具备该功能。两款芯片都有片上USB接口，带有全速收发器，完全符合USB 2.0规范，还通过了USB-IF认证。其描述符部分可编程，支持USB自适应播放模式和USB异步录音模式，并且由总线供电。

2. ADC和DAC性能

它们采用16位Delta - Sigma ADC和DAC。DAC的采样率有32 kHz、44.1 kHz、48 kHz；ADC的采样率更丰富，有8 kHz、11.025 kHz、16 kHz、22.05 kHz、32 kHz、44.1 kHz、48 kHz。

3. 时钟与供电

片上时钟发生器使用单个12 - MHz时钟源，单电源供电，典型值为5 V（(V_{BUS})）。

二、应用场景广泛

这两款编解码器适用于多种USB音频设备，如USB音频扬声器、USB耳机、USB显示器和USB音频接口盒等。

三、电气特性剖析

1. 数字输入/输出

在数字输入/输出方面，主机接口遵循USB 2.0全速标准，音频数据采用USB等时数据格式。不同引脚的输入输出逻辑电平有明确规定，例如D +、D - 引脚的高电平输入电压范围是2 - 3.3 VDC，低电平输入电压范围是0 - 0.8 VDC等。

2. 时钟频率

输入时钟频率要求在11.994 - 12.008 MHz之间，典型值为12 MHz。

3. ADC特性

ADC的分辨率为8位或16位，支持单声道或立体声录音。采样频率范围从8 kHz到48 kHz。在动态性能方面，当输入电压为 - 1 dB（使用外部电压调节器为(V_{CCCl})）时，总谐波失真加噪声（THD + N）典型值为0.01%；动态范围和信噪比（SNR）典型值为89 dB。

4. DAC特性

DAC的分辨率同样为8位或16位，采样频率有32 kHz、44.1 kHz、48 kHz。在动态性能方面，当输出电压为0 dB时，THD + N典型值为0.005%；动态范围典型值为93 dB，SNR典型值为96 dB。

5. 电源供应

电源电压(V_{BUS})范围是4.35 - 5.25 VDC，典型值为5 V。ADC和DAC工作时的供应电流典型值为56 mA，在挂起模式下为250 μA。

四、引脚分配与功能

1. PCM2900C

采用28引脚SSOP封装，引脚功能涵盖了模拟地、数字地、USB差分输入/输出、HID按键输入、测试引脚、电源引脚、ADC模拟输入和DAC模拟输出等。比如AGNDC是编解码器的模拟地，D +和D - 用于USB差分输入/输出，HID0 - HID2用于HID按键状态输入。

2. PCM2902C

同样是28引脚SSOP封装，与PCM2900C大部分引脚功能相同，但增加了S/PDIF输入（DIN）和输出（DOUT）引脚，用于处理S/PDIF信号。

五、功能框图详解

1. PCM2900C

包含电源管理模块、ADC、DAC、FIFO缓冲区、USB协议控制器、HID控制器等部分。其中，5 - V到3.3 - V电压调节器为芯片提供合适的电源，SpAct™架构能从USB数据包数据中恢复音频时钟。

2. PCM2902C

与PCM2900C类似，但增加了S/PDIF解码器和编码器，用于处理S/PDIF信号的输入和输出。

六、典型特性分析

1. ADC典型特性

给出了THD + N、动态范围和SNR随自由空气温度、电源电压和采样频率的变化曲线。通过这些曲线，我们可以了解ADC在不同工作条件下的性能变化，例如随着温度升高，THD + N可能会有所增大。

2. DAC典型特性

同样给出了THD + N、动态范围和SNR随自由空气温度、电源电压和采样频率的变化曲线。DAC的性能相对稳定，但也会受到工作条件的影响。

3. 供电电流特性

展示了工作和挂起状态下供电电流随电源电压和采样频率的变化。在设计电源电路时，这些特性可以帮助我们选择合适的电源供应方案。

4. 滤波器频率响应特性

包括ADC数字抽取滤波器、数字高通滤波器、模拟抗混叠滤波器以及DAC数字插值滤波器、模拟FIR滤波器和模拟低通滤波器的频率响应特性。这些滤波器的性能直接影响音频信号的处理质量。

七、详细工作流程

1. USB接口

控制数据和音频数据通过D +和D - 引脚传输，遵循USB 2.0全速标准。设备描述符、配置描述符和字符串描述符包含了详细的设备信息。

2. 设备配置

有四个接口，每个接口由不同的替代设置组成。接口0是控制接口，用于控制音频设备的各种功能，如音量控制和静音控制；接口1是音频流数据输出接口；接口2是音频流数据输入接口；接口3是中断数据输入接口，用于报告HID按键状态。

3. 时钟与复位

需要一个12 - MHz（±500 ppm）的时钟信号，可由内置晶体振荡器产生，也可由外部时钟源提供。芯片有内部上电复位电路，当(V_{BUS})超过2.5 V（典型值）时自动触发复位。

4. 数字音频接口（仅PCM2902C）

支持S/PDIF输入和输出，能根据输入信号自动选择数据来源。支持的输入/输出数据格式有48 - kHz 16位立体声、44.1 - kHz 16位立体声和32 - kHz 16位立体声。

5. 接口序列

包括上电、连接和播放序列，播放、停止和断开序列，录音序列以及挂起和恢复序列。在不同的操作过程中，芯片会根据USB总线状态和接收到的命令进行相应的处理。

八、应用电路参考

文档给出了PCM2900C和PCM2902C在高性能应用和简单应用中的典型电路连接图。在设计电路时，需要注意电容的选择、电源的滤波以及与USB规范的兼容性。例如，某些电容的容值有严格要求，如(C{1})、(C{2})为10 μF，(C{3})、(C{4})、(C{7})、(C{8})、(C_{13})为1 μF（且必须小于2 μF）等。

九、封装与订购信息

提供了PCM2900C和PCM2902C的多种封装形式和订购信息，包括SSOP - 28封装，不同的包装数量（如50个/管、2000个/卷带）以及对应的订购编号。同时，还给出了封装的详细尺寸信息和引脚1的定位信息。

十、总结与思考

德州仪器的PCM2900C和PCM2902C立体声音频编解码器功能强大，性能优越，适用于多种USB音频设备。在实际应用中，我们需要根据具体的项目需求选择合适的型号，并仔细设计电路和配置参数。大家在使用这两款芯片的过程中，有没有遇到过什么挑战呢？对于它们的性能和功能，你有什么独特的见解吗？欢迎在评论区分享交流。