德州仪器PCM1770与PCM1771：低电压立体声数模转换器的卓越之选

在音频处理领域，数模转换器（DAC）是实现数字音频信号到模拟音频信号转换的关键组件。德州仪器（TI）的PCM1770和PCM1771低电压立体声音频数模转换器，凭借其出色的性能和丰富的功能，在便携式音频设备等应用中展现出强大的竞争力。今天，我们就来深入了解这两款器件。

文件下载：pcm1770.pdf

一、产品概述

PCM1770和PCM1771是CMOS单芯片集成电路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封装，集成了立体声数模转换器、耳机电路和支持电路。它们的数据转换器采用了TI增强的多级∆ - Σ架构，利用噪声整形和多级幅度量化技术，实现了出色的动态性能，并提高了对时钟抖动的容忍度。这两款器件支持多种行业标准音频数据格式，采样率最高可达50 kHz，通过3线串行控制端口可访问一系列用户可编程功能。

二、产品特性

2.1 模拟性能出色

在 (V{CC}) 和 (V{HP}=2.4V) 的条件下，动态范围典型值可达98 dB，0 dB时THD + N典型值为0.1%， - 20 dB时THD + N典型值为0.04%。在 (R_{L}=16Ω) 时，立体声输出功率为13 mW，单声道输出功率为26 mW。

2.2 电源要求低

支持1.6 - 3.6 V的单电源供电，在 (V{CC}=V{HP}=2.4V) 时，功耗仅为6.5 mW。

2.3 时钟灵活

系统时钟支持 (128f{S})、 (192f{S})、 (256f{S})、 (384f{S}) ，采样频率范围为5 kHz - 50 kHz。

2.4 控制方式多样

PCM1770支持软件控制，可选择16、20、24位字长，支持左对齐、右对齐和I2S格式，可选择从/主模式，具备数字衰减、44.1 kHz数字去加重、零交叉衰减、数字软静音、单声道模拟输入混合和单声道扬声器模式等功能。PCM1771支持硬件控制，支持左对齐和I2S格式，具备44.1 kHz数字去加重和单声道模拟输入混合功能。

2.5 抗噪设计

采用无爆音噪声电路，所有逻辑输入可承受3.3 V电压。

三、电气特性

3.1 分辨率与频率

分辨率为24位，采样频率范围为5 - 50 kHz，系统时钟频率支持 (128f{S})、 (192f{S})、 (256f{S})、 (384f{S}) 。

3.2 动态性能

动态范围和信噪比典型值可达98 dB，立体声输出功率典型值为13 mW，单声道输出功率典型值为26 mW，声道分离度典型值为72 dB。

3.3 直流精度

增益误差和增益失配典型值为 ± 2% FSR，双极性零误差典型值为 ± 30 mV。

3.4 模拟输入

模拟输入电压范围为0.584 (V_{HP}) （峰 - 峰值），增益为0.67，输入阻抗为10 kΩ，THD + N典型值为0.1%。

3.5 数字滤波器性能

通带为0.454 (f{S}) ，阻带为0.546 (f{S}) ，通带纹波为 ± 0.04 dB，阻带衰减为 - 50 dB，群延迟为 (20/f_{S}) ，44.1 kHz去加重误差为 ± 0.1 dB。

四、引脚与功能

4.1 引脚分配

PCM1770和PCM1771有不同的封装（TSSOP - 16和VQFN - 20），每个引脚都有特定的功能，如AGND为模拟地，AIN为单声道模拟信号混合输入，BCK为串行位时钟，DATA为串行音频数据输入等。

4.2 终端功能

不同引脚的功能各不相同，例如LRCK用于确定音频数据输入的声道，在从模式下为输入，主模式下为输出；PD为复位输入，低电平时器件断电并将所有模式控制寄存器复位到默认设置。

五、工作原理与操作

5.1 系统时钟

PCM1770和PCM1771需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级∆ - Σ调制器，系统时钟通过SCKI引脚输入。不同的音频采样率对应不同的系统时钟频率，为了获得最佳性能，应使用低相位抖动和噪声的时钟源。

5.2 电源开关与复位

在电源电压达到指定范围且稳定的时钟信号提供后，PD引脚必须从低电平变为高电平一次，以启动上电序列。上电和下电过程中，需要遵循特定的时序要求，以避免产生爆音噪声。

5.3 音频串行接口

音频串行接口由3线同步串行端口组成，包括LRCK、DATA和BCK。BCK用于时钟音频数据输入的各个位，LRCK用于锁存串行数据到内部寄存器。PCM1770的LRCK和BCK支持从模式和主模式，在从模式下为输入，主模式下为输出。

5.4 音频数据格式

PCM1770支持标准、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式，PCM1771支持I2S和左对齐数据格式。数据格式可通过控制寄存器或终端进行选择，默认数据格式为24位、左对齐、从模式。

5.5 控制方式

PCM1771的数字功能可通过硬件控制，如选择数据格式、去加重控制和模拟混合控制等。PCM1770支持软件控制，通过MS、MC和MD编程内部寄存器来实现各种功能，如软静音控制、数字衰减设置、过采样率控制等。

六、模拟输入输出

6.1 耳机输出

PCM1770和PCM1771有两个独立的耳机放大器，输出端为 (H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 。建议使用16Ω阻抗的耳机，为确保正确的输出负载，需要在输出端连接电阻和电容。

6.2 单声道输出

可通过将左右耳机输出相加实现单声道输出，在BTL模式下，需要设置耳机输出电平为 - 3 dB，并反转右声道输出的极性。

6.3 模拟输入

器件有一个模拟输入AIN，可通过AMIX位或终端将其与耳机输出进行内部混合。使用时需要注意输入信号的带宽和电压，避免输出超过规定范围。

6.4 (V_{COM}) 输出

(V{COM}) 为未缓冲的共模电压输出端，标称偏置电压为 (0.5V{HP}) ，需要连接一个10 - µF的电容，否则在电源开关或上下电过程中可能会产生爆音噪声。

七、应用信息

7.1 连接图

基本连接图中需要包含必要的电源旁路和去耦组件，建议使用图中所示的组件值。对于SCKI、LRCK、BCK和DATA输入，建议使用22 - 100Ω的串联电阻，以减少高频噪声和抑制时钟和数据线上的毛刺和振铃。

7.2 电源与接地

PCM1770和PCM1771需要2.4 V的典型模拟电源，建议使用线性稳压器从模拟电源获取这些电压。电源旁路电容的选择也很重要，10 - µF的电容应为钽或铝电解电容，0.1 - µF的电容应为陶瓷电容。

7.3 短路保护

器件未实现输出短路保护电路，因此不允许 (H{OUT}L) 和 (H{OUT}R) 持续短路到地、电源或相互短路。如果应用中可能存在短路情况，需要在 (H_{OUT}x) 引脚的相位补偿电路和应用电路之间添加8Ω或更高的串联电阻。

八、总结

德州仪器的PCM1770和PCM1771低电压立体声音频数模转换器以其出色的模拟性能、低功耗、灵活的控制方式和丰富的功能，为便携式音频设备等应用提供了优秀的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体需求合理选择器件，并注意电源、时钟、引脚连接和短路保护等方面的问题，以确保系统的稳定运行。你在使用类似的数模转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。