Burr - Brown TLV320DAC26：低功耗立体声音频 DAC 的技术解析

在当今的便携式计算、通信和娱乐设备中，高性能音频的需求日益增长。Burr - Brown 推出的 TLV320DAC26 音频 DAC 为满足这一需求提供了绝佳的解决方案。下面，我们就来详细分析一下这款芯片。

文件下载：tlv320dac26.pdf

产品概述

TLV320DAC26 是一款高度集成的立体声音频 DAC，具备低功耗、高品质音频处理能力，非常适合用于 MP3 播放器、数码相机和数码摄像机等设备。它支持高达 48ksps 的音频采样率，拥有 97 - dBA 的立体声音频回放性能，同时在低功耗方面表现出色，48ksps 时立体声音频回放仅需 11mW。

主要特性

音频性能

• 高音质回放：实现 97 - dBA 的立体声回放，为用户带来清晰、高保真的音频体验。
• 多采样率支持：能够支持多种音频标准采样率，最高可达 53kHz，包括常见的 8kHz、11.025kHz、12kHz、16kHz、22.05kHz、24kHz、32kHz、44.1kHz 和 48kHz。这使得它可以适应不同音频源的需求。

低功耗设计

• 低功率音频回放：在 48ksps 时，仅需 11mW 的功率即可实现立体声音频回放，极大地延长了便携式设备的电池续航时间。
• 灵活的功率模式：输出驱动可配置为低功率或高功率模式，根据实际负载和输出功率需求进行调整，进一步优化系统功耗。

集成功能

• 片上扬声器驱动：具备 325 - mW、8 - Ω 的扬声器驱动，可直接驱动扬声器，减少了外部元件的使用。
• 立体声耳机放大器：带有无电容输出选项，简化了耳机接口设计，同时提供高品质的耳机音频输出。
• 集成 PLL：用于灵活的音频时钟生成，可以从系统中多种时钟源生成所需的内部 DAC 操作时钟，确保音频处理的稳定性。
• 可编程数字音频处理：支持可编程的低音、高音、均衡器和去加重功能，可根据用户需求调整音频效果。

接口丰富

• SPI 和 I2S 串行接口：方便与主机处理器进行通信，使得数据传输更加高效和稳定。
• 多种输入接口：提供麦克风和辅助输入接口，可用于模拟侧音混合，增加了音频处理的灵活性。

电气特性

电源参数

该芯片需要多种电源供应，AVDD、DRVDD、IOVDD 和 DVDD 等电源电压有不同的范围要求。例如，AVDD 和 DRVDD 建议设置为 2.7 - 3.6V，IOVDD 为 1.1 - 3.6V，DVDD 为 1.525 - 1.95V。在不同的工作模式和状态下，各个电源的电流消耗也有所不同。例如，在 48ksps 立体声音频回放且输出驱动处于低功率模式、VGND 关闭、PLL 关闭时，IAVDD 为 2.2mA，IDRVDD 为 2.4mA。

音频性能参数

• DAC 插值滤波器：通带范围为 20Hz - 0.45Fs，过渡带为 0.45Fs - 0.5501Fs，阻带为 0.5501Fs - 7.455Fs，阻带衰减可达 65dB，滤波器群延迟为 21/Fs。这些参数确保了音频信号在处理过程中的准确性和稳定性。
• 音频输出指标：不同输出接口的满量程输出电压、信噪比（SNR）、总谐波失真（THD）等指标表现优秀。例如，耳机输出在 1kHz 正弦波输入、48ksps、高功率模式下，SNR 可达 97dBA，THD 低至 - 91dB。

工作模式与配置

音频接口模式

TLV320DAC26 的数字音频数据传输支持右对齐、左对齐、I2S 和 DSP 四种不同格式，并且可以在主模式或从模式下工作。

• 右对齐模式：左声道 LSB 在 LRCK 下降沿前的 BCLK 上升沿有效，右声道同理。
• 左对齐模式：右声道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的 BCLK 上升沿有效，左声道同理。
• I2S 模式：左声道 MSB 在 ADWS 或 LRCK 下降沿后的第二个 BCLK 上升沿有效，右声道同理。
• DSP 模式：LRCK 下降沿启动数据传输，先传输左声道数据，紧接着是右声道数据，每个数据位在 BCLK 下降沿有效。

采样率设置

通过音频控制寄存器（Register 00H, Page2）可以设置音频 DAC 的采样率，采样率是从参考率（Fsref）进行缩放得到的。Fsref 必须在 39kHz - 53kHz 之间，通过寄存器编程可以选择不同的分频系数。同时，芯片还支持可编程插值功能，能够在低采样率下提供更好的音频性能。例如，当需要播放 11.025kHz 的数据时，可以将 Fsref 设置为 44.1kHz，然后将 DAC 采样率设置为 Fsref/4。

输出驱动与配置

功率模式

输出驱动可以配置为低功率模式或高功率模式。默认情况下，复位时输出驱动处于低功率模式，可驱动最小 10kΩ 负载的全量程线电平信号，或驱动最小 16Ω 负载的中等幅度信号。通过设置 Reg05H/Page2 的 D12 位为 1 可将其配置为高功率模式，此时每个输出驱动可向 16Ω 耳机负载提供高达 30mW 每通道的功率。

耳机与扬声器配置

• 耳机配置：耳机可以采用交流耦合或无电容输出配置。交流耦合配置需要选择合适的电容值，以避免低频信号的衰减。无电容输出配置虽然消除了电容和相关的高通滤波器，但需要注意避免耳机插孔的 RETURN 端子接地短路，否则 VGND 放大器将进入短路保护，导致音频输出异常。
• 扬声器配置：高功率模式下，输出驱动可配置为驱动最小 8Ω 的扬声器负载。通过可编程数字效果滤波器可以实现声道反转等功能，将立体声信号转换为单声道混合信号驱动扬声器。

短路保护

芯片集成了可编程短路检测/保护功能，可通过 REG - 1DH/Page2 的 D8 - D7 位进行控制。可以选择完全禁用短路保护以提供更大的输出功率，但需要注意防止短路；也可以启用电流限制和短路检测功能，当检测到短路时设置短路检测标志，用户可以根据需要关闭驱动。

音频处理功能

数字音频处理

每个声道的立体声音频 DAC 包含数字音频处理模块、数字插值滤波器、数字 delta - sigma 调制器和模拟重建滤波器。数字音频处理模块包括去加重、低音、高音、中音调整和扬声器均衡等可选滤波器。去加重功能仅适用于 32kHz、44.1kHz 和 48kHz 的采样率，通过设置寄存器 05H/Page2 的 D0 位可以启用或绕过该滤波器。

数字音量控制

DAC 具备数字音量控制功能，音量级别可以在 0dB 至 - 63.5dB 之间以 0.5dB 为步长进行调整，每个声道还设有独立的静音位。同时，可以通过主音量控制同时改变两个声道的音量。音量调整采用软步进算法，避免了音量突变带来的音频冲击。

音频混合与按键音

• 音频混合：模拟混音器可以将选择的模拟输入（MICIN 或 AUX）通过模拟音量控制后与音频 DAC 输出进行混合。模拟音量控制的增益范围为 12dB 至 - 34.5dB，以 0.5dB 为步长，还包括静音和软步进逻辑。
• 按键音：芯片包含一个特殊电路，可根据寄存器控制将方波信号插入到模拟输出信号路径中，用于生成按键音以提供用户反馈。按键音的频率可以在 62.5Hz 至 8kHz 之间变化，持续时间可以从 2 个周期编程到 32 个周期。

通信协议与寄存器

SPI 接口

所有控制寄存器通过标准 SPI 总线进行编程。SPI 支持全双工、同步、串行通信，主机处理器作为主设备，芯片作为从设备。通信时，主设备发起传输，时钟极性（CPOL = 0）和时钟相位（CPHA = 1）的设置决定了数据的传输时机。

寄存器编程

芯片的所有功能通过寄存器进行控制，SPI 主设备通过发送 16 位命令来读写这些寄存器。命令的构造包括读写位、页面地址、寄存器地址等信息。用户可以根据需要设置不同的寄存器来实现音频采样率、音量控制、滤波器启用等功能。

内存映射

芯片的寄存器分为三个页面的内存：数据页（Page 0）和控制页（Page 1 和 Page 2）。每个页面包含多个寄存器，用于控制不同的功能。例如，Page 2 的 Audio Control 1 寄存器用于设置音频输入、字长、采样率等参数；DAC Gain Control 寄存器用于控制左右声道的静音和音量。

布局建议

为了获得最佳性能，在 PCB 布局时需要注意以下几点：

• 电源布局：提供给芯片的电源必须干净且有良好的旁路。在芯片附近应放置 0.1 - µF 的陶瓷旁路电容，如果芯片电源引脚与系统电源之间的阻抗较高，可能还需要 1 - µF 至 10 - µF 的电容。
• 接地布局：接地引脚必须连接到干净的接地点，通常是模拟接地。避免与微控制器或数字信号处理器的接地点过近。如有需要，可以直接从转换器引出接地走线连接到电源入口或电池连接点。理想的布局应包括一个专门用于转换器和相关模拟电路的模拟接地平面。

总结

TLV320DAC26 以其出色的音频性能、低功耗设计、丰富的集成功能和灵活的配置选项，成为便携式音频设备设计的理想选择。电子工程师在使用该芯片时，需要深入理解其各项特性和工作模式，合理进行电路设计和布局，以充分发挥其优势，为用户带来高品质的音频体验。大家在实际应用中遇到过哪些关于 TLV320DAC26 的问题呢？欢迎在评论区交流讨论。