深入解析PCM1808：高性能立体声ADC的卓越之选

在音频处理领域，模拟信号到数字信号的转换是至关重要的环节。PCM1808作为一款高性能、低成本的单芯片立体声模数转换器，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为了众多电子工程师的首选。今天，我们就来深入探讨一下PCM1808的各项特性、应用以及设计要点。

文件下载：pcm1808.pdf

一、PCM1808的特性亮点

1. 高精度转换

PCM1808是一款24位的Delta - Sigma立体声A/D转换器，单端电压输入可达3Vp - p，能够提供高精度的音频数据转换，满足大多数音频应用的需求。

2. 卓越的性能指标

• 低失真与高信噪比：总谐波失真加噪声（THD + N）典型值为 - 93dB，信噪比（SNR）典型值为99dB，动态范围典型值同样为99dB，确保了音频信号的高质量还原。
• 出色的滤波性能：采用过采样抽取滤波器，过采样频率为×64，通带纹波仅为±0.05dB，阻带衰减达到 - 65dB，片上高通滤波器在48kHz时为0.91Hz，有效滤除了不需要的信号成分。

3. 灵活的音频接口

支持主模式或从模式选择，数据格式包括24位I2S和24位左对齐，方便与各种数字音频处理器或外部电路进行接口。

4. 便捷的电源管理

可通过停止系统时钟实现电源关闭和复位功能，同时集成了模拟抗混叠低通滤波器，采样率范围为8kHz - 96kHz，系统时钟支持256fS、384fS、512fS，分辨率为24位。采用双电源供电，模拟部分为5V，数字部分为3.3V，满足不同电路的供电需求。

5. 小巧的封装形式

采用14引脚的TSSOP封装，体积小巧，适合在空间有限的设计中使用。

二、应用场景广泛

PCM1808适用于多种对成本敏感且对性能有一定要求的消费类应用，如DVD录像机、数字电视、AV放大器或接收器、MD播放器、CD刻录机、多轨接收器以及电子乐器等。这些应用通常需要处理高质量的音频信号，而PCM1808的高性能和灵活接口正好满足了这些需求。

三、详细的功能解析

1. 硬件控制

通过FMT、MD0和MD1引脚，可以使用上拉或下拉电阻以及数字IC的GPIO来控制设备，实现I2S或左对齐数据格式的切换以及接口模式的选择。

2. 系统时钟

支持256fS、384fS和512fS作为系统时钟，在从模式下，系统时钟检测电路可自动感应时钟频率；在主模式下，需通过串行控制端口（使用MD1和MD0引脚）来控制时钟频率。内部电路会自动对系统时钟进行分频，以生成数字滤波器和Delta - Sigma调制器所需的频率。

3. 同步功能

在从模式下，PCM1808在LRCK的控制下与系统时钟SCKI同步工作。如果LRCK和SCKI之间的关系发生较大变化，ADC的内部操作会暂停，数字输出变为零数据，直到重新同步。在变化较小时，不会出现重新同步和数字输出控制的中断。

4. 电源上电

内部具有上电复位电路，当电源电压（VDD）超过2.2V（典型值）时，会自动进行初始化。复位状态解除后，数字输出需要经过一定时间才能变为有效，并且由于淡入操作的存在，还需要额外的时间来达到与模拟输入信号对应的电平。

5. 串行音频数据接口

• 接口模式选择：通过MD1和MD0引脚可以选择主模式或从模式。主模式下，PCM1808提供串行音频数据通信的时序；从模式下，接收外部控制器的数据传输时序。
• 数据格式：通过FMT引脚可以选择24位I2S或24位左对齐的数据格式。
• 接口时序：在从模式和主模式下，PCM1808的音频数据接口具有不同的时序要求，具体可参考文档中的相关图表。

6. 设备功能模式

• 淡入淡出功能：在DOUT引脚上具有淡入和淡出功能，可避免爆音。该功能在某些情况下会自动启动，通过计算伪S形特性和零交叉检测来实现电平的变化。
• 时钟停止电源关闭和复位功能：停止SCKI引脚的时钟信号可以触发电源关闭和复位功能。复位和电源关闭在SCKI停止后4μs（最小）自动发生，释放复位和电源关闭模式需要重新提供SCKI信号。

四、应用与设计要点

1. 典型应用电路

在典型应用中，需要合理选择输入电容、旁路电容和参考电容，以确保电路的正常工作。例如，输入电容C1和C2可以为输入高通滤波器提供合适的截止频率，旁路电容C3和C4用于稳定电源，参考电容C5用于确保ADC参考的低源阻抗。同时，可根据应用需求选择是否添加外部抗混叠滤波器。

2. 设计要求

在设计过程中，需要明确模拟输入电压范围、输出PCM音频数据、系统时钟输入频率、输出采样频率和电源等参数。例如，模拟输入电压范围通常为0Vp - p到3Vp - p，系统时钟输入频率为2.048MHz到49.152MHz。

3. 详细设计步骤

• 控制引脚：FMT、MD0和MD1引脚可通过10kΩ电阻偏置到VDD或GND，或由DSP或音频处理器的GPIO驱动。
• 主时钟：可使用PLL170X系列设备作为主时钟源，通过与门控制PCM1808的操作。也可以使用标准音频倍数的晶体。
• DSP或音频处理器：作为音频主设备，需要能够输出PCM1808可以使用的音频时钟，以处理音频信号。
• 输入滤波器：在模拟输入电路中，应串联交流耦合电容以去除输入信号的直流分量，还可使用RC滤波器滤除带外噪声，减少混叠。

五、电源与布局建议

1. 电源供应

PCM1808需要5V的模拟电源和3.3V的数字电源，电源去耦电容应靠近设备端子放置，以减少电源噪声对电路的影响。VCC电压的变化会影响输入参考电压，对数据转换有轻微影响。

2. 布局指南

• 电源引脚：使用0.1μF陶瓷和10μF电解电容将数字和模拟电源线路旁路到相应的接地引脚，以提高ADC的动态性能。
• 接地引脚：模拟地和数字地应具有低阻抗，避免数字噪声反馈到模拟地，可在PCM1808设备封装下方直接连接。
• 输入引脚：VINL和VINR为单端输入，集成了抗混叠低通滤波器，若滤波器性能不足，可添加外部无源RC滤波器。
• 参考引脚：VREF引脚与AGND之间应使用0.1μF陶瓷和10μF电解电容，以确保ADC参考的低源阻抗。
• 输出引脚：DOUT引脚具有较大的负载驱动能力，但如果DOUT线路较长，建议在PCM1808设备附近放置缓冲器，以减少数字 - 模拟串扰。
• 系统时钟：系统时钟的质量会影响动态性能，需要考虑时钟的占空比、抖动以及在从模式下系统时钟过渡与BCK或LRCK过渡之间的时间差。

六、其他注意事项

1. 静电放电防护

PCM1808的ESD保护能力有限，在存储或处理过程中，应将引脚短路或放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

2. 社区资源与支持

TI提供了丰富的社区资源，如E2E在线社区，工程师可以在其中提问、分享知识、探索想法和解决问题。同时，还可通过Design Support快速找到有用的E2E论坛、设计支持工具和技术支持联系信息。

总之，PCM1808以其高性能、灵活性和低成本等优势，在音频处理领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，需要充分了解其各项特性和设计要点，以确保设计出高质量的音频处理系统。你在使用PCM1808的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。