德州仪器AIC111音频编解码器：低功耗与高性能的完美结合

作为电子工程师，在设计音频相关的硬件设备时，选择一款合适的音频编解码器是至关重要的。今天要给大家介绍的就是德州仪器（TI）推出的一款优秀的音频编解码器——AIC111。

文件下载：aic111.pdf

一、概述

AIC111是一款与TI µPower DSP或微控制器兼容的音频编解码器产品，也可看作是一个模拟接口电路。它是基于DSP/µC的高性能模拟接口解决方案综合系列的一部分，主要面向个人医疗设备，如助听器、听觉预处理应用和低功耗耳机应用等场景。该编解码器适用于任何需要可编程时间常数PGA/压缩机接口、高动态范围模数转换器、外部DSP/µC处理信号以及低失真数模转换器和平衡H桥扬声器驱动器的设计。

二、产品特性

2.1 低功耗设计

AIC111的功耗表现十分出色。它采用典型的1.3V电源供电，典型供电电流仅为350μA。这种低功耗特性使得它非常适合用于对电源要求苛刻的设备，如电池供电的个人医疗设备和低功耗耳机等。同时，它还具备电源监控功能，当电池电量以非瞬态方式下降到1.05V以下时，能够自动关闭H桥输出，进一步节省电量。

2.2 高性能音频处理

• 低噪声与高动态范围：前端输入参考噪声典型值为2.4μVrms，总谐波失真仅为0.01%，动态范围高达108dB。ADC在40kHz采样率、100Hz - 10kHz频率范围内，动态范围为87dB，总谐波失真为73dB。这些指标保证了音频信号的高质量采集和处理。
• 低噪声可编程增益放大器/压缩机前端：该前端具有可编程的快速和慢速攻击及衰减率，并且支持双或单攻击和衰减率选项。这使得它能够根据不同的输入信号进行灵活调整，有效抑制噪声并提供合适的增益。
• 低抖动振荡器：能够生成所有内部时钟，并提供5MHz的输出时钟供外部DSP/μC使用，确保了系统时钟的稳定性和准确性。

2.3 灵活的数字接口

数字接口可以通过IMODE引脚进行选择，当IMODE为低电平时，采用McBSP DSP - 编解码器协议（SACI）；当IMODE为高电平时，采用串行外设接口（SPI）。这种灵活性使得AIC111能够方便地与不同类型的处理器进行连接，如TI TMS320VC54x™、TMS320VC55x™ DSPs以及TI MSP430xx微控制器等。

三、关键模块分析

3.1 可编程增益放大器和压缩机（PGAC）

PGAC的主要功能是放大麦克风或传感器的输出信号，并根据输入信号的电平提供增益压缩限制。它有四种工作模式：自动双速率（默认）、自动单速率、固定单速率和固定立即模式。通过PDCREG寄存器的第3和第2位可以进行模式选择。

• 自动双速率模式：具有两个攻击（增益降低）率和两个释放（增益增加）率，通过编程FASTARREG和FORMAT4寄存器进行选择。内部使用两个计数器来控制增益，能够快速响应信号的变化，同时对信号的平均值做出缓慢响应。
• 其他模式：自动单速率模式只有一个攻击和释放率；固定单速率模式下，增益根据PGACREG寄存器的值进行变化；固定立即模式下，增益会立即响应PGACREG寄存器的变化。

3.2 Delta Sigma A/D转换器/抗混叠滤波器

该模块将PGAC的差分输出转换为数字字，等效动态范围约为14位。具有64倍的过采样率、1.28MHz的主时钟和40kHz的输出数据速率，数字编码采用2s补码。在25°C、AVDD = 1.3V的条件下，动态范围为87dB，输入采样率为1.28MHz，输出采样率为40kHz，总谐波失真为85dB（100Hz - 10kHz带宽）。

3.3 数字高通滤波器

在ADC信号路径中提供高通滤波功能，可去除通道中引入的直流偏移。通过FORMAT1寄存器可以选择50Hz、100Hz或旁路模式，默认的HPF极点为50Hz。

3.4 Delta Sigma DAC和H桥输出驱动器

Delta Sigma DAC生成过采样的位串来驱动H桥输出驱动器，经外部负载低通滤波后恢复出差分模拟信号。H桥输出驱动器采用标准配置，能够有效驱动负载。在25°C、HB_VDD = 1.3V的条件下，宽带噪声固定Q模式下为33μVrms，自适应Q模式下为12μVrms，总谐波失真为0.03%（100Hz - 10kHz带宽），开关频率为640kHz，最大输出摆幅在固定Q模式下为3/4 HB_VDD，自适应Q模式下为HB_VDD。

四、应用电路示例

4.1 与TI TMS320C54xx的接口

在助听器应用中，将AIC111与TMS320C54xx进行接口时，需要在AVINP、AVINM上连接1μF的耦合电容，VMID_FILT、VREF与模拟地之间连接1μF的电容，MIC_VSUP与模拟地之间连接0.1μF的电容，VRFILT与模拟地之间至少连接0.1μF的电容，推荐连接1μF的电容。这样的电路配置可以保证音频信号的正常传输和处理。

4.2 与TI MSP430F12x的接口

对于MSP430F12x，通过P2.5引脚可以在需要时关闭AIC111。同样，也需要在相应的引脚连接合适的电容，以确保系统的稳定性和性能。

五、封装与订购信息

AIC111有两种封装形式可供选择。一种是32引脚的QFN 5x5mm封装，对于这种封装，若采用管装，可订购AIC111RHB；若采用卷带包装，可订购AIC111RHBR。另一种是裸焊球凸点芯片（晶圆级封装），预计在2003年第三季度推出，对于这种封装，若采用华夫盘包装，可订购AIC111YE；若采用卷带包装，可订购AIC111YER。

六、总结

德州仪器的AIC111音频编解码器以其低功耗、高性能和灵活的接口等特性，为音频相关的硬件设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在个人医疗设备、助听器还是低功耗耳机等领域，都能够发挥其优势，帮助工程师们设计出更加优秀的产品。各位电子工程师在进行音频设计时，不妨考虑一下这款AIC111，相信它会给你带来意想不到的效果。大家在使用过程中遇到过哪些音频编解码器相关的问题呢？欢迎在评论区留言讨论。