德州仪器PCM1748：24位音频DAC的卓越之选

在音频数字到模拟转换（DAC）领域，德州仪器（TI）的PCM1748以其出色的性能和丰富的功能脱颖而出。作为一名资深电子工程师，今天就来和大家详细探讨这款24位、96kHz采样的音频DAC。

文件下载：pcm1748.pdf

一、产品概述

PCM1748是一款CMOS单片集成电路，采用小巧的SSOP - 16封装，集成了立体声数字到模拟转换器（DAC）和支持电路。它运用了德州仪器增强型多级∆ - ∑架构，采用四阶噪声整形和8级幅度量化，实现了出色的动态性能，并提高了对时钟抖动的容忍度。

二、产品特性

（一）高精度分辨率

PCM1748具有24位分辨率，能够提供非常精细的音频信号转换，为高品质音频播放奠定了基础。

（二）优异的模拟性能

在 (V_{CC}=5V) 的条件下，不同型号展现出了优秀的模拟性能：

• 动态范围：PCM1748KE典型值为106dB，PCM1748E典型值为100dB。
• 信噪比（SNR）：PCM1748KE典型值为106dB，PCM1748E典型值为100dB。
• 总谐波失真加噪声（THD + N）：PCM1748KE典型值为0.002%，PCM1748E典型值为0.003%。
• 满量程输出：典型值为3.1Vp - p。

（三）高效数字滤波器

8倍过采样数字滤波器具有出色的性能：

• 阻带衰减：达到 - 55dB。
• 通带纹波：仅为 ± 0.03dB。
• 采样频率范围：支持5kHz到100kHz。

（四）灵活的时钟和数据格式

• 系统时钟：支持256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})、768 (f{S})，并具备自动检测功能。
• 数据格式：接受16、18、20和24位音频数据，支持标准、I2S和左对齐等数据格式。

（五）用户可编程模式控制

提供了丰富的用户可编程功能，包括：

• 数字衰减：范围从0dB到 - 63dB，步长为0.5dB。
• 数字去加重。
• 数字滤波器滚降：可选尖锐或缓慢。
• 软静音。
• 每个输出的零标志。

（六）双电源操作

采用5V模拟电源和3.3V数字电源，数字输入具有5V容限。

三、应用领域

PCM1748的高性能使其适用于多种音频应用场景，如AV接收器、DVD电影播放器、高端PC的DVD附加卡、HDTV接收器、汽车音频系统等对24位音频有需求的设备。

四、电气特性和性能曲线

（一）电气特性

在 (T{A}=25^{circ}C)、(V{CC}=5V)、(V{DD}=3.3V)、(f{S}=44.1kHz)、系统时钟 = 384 (f_{S}) 和24位数据的条件下，PCM1748展现出了稳定的电气性能，包括分辨率、数据格式、数字输入/输出、动态性能、直流精度等方面的详细参数。

（二）典型性能曲线

文档中给出了丰富的典型性能曲线，如数字滤波器（去加重关闭）的频率响应、去加重曲线、模拟动态性能（包括总谐波失真加噪声、动态范围、信噪比、声道分离度等与电源电压和温度的关系）。这些曲线有助于工程师在不同的工作条件下评估和优化PCM1748的性能。

五、系统时钟、复位和接口

（一）系统时钟输入

PCM1748需要系统时钟来操作数字插值滤波器和多级∆ - ∑调制器。系统时钟通过SCK输入（引脚16）提供，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，建议使用低相位抖动和噪声的时钟源，如德州仪器的PLL1700多时钟发生器。

（二）上电复位功能

当系统时钟激活且 (V_{DD}>2V)（典型值，范围为1.6V到2.4V）时，上电复位功能启用。初始化序列需要1024个系统时钟周期，复位后PCM1748进入默认状态。

（三）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（引脚3）、BCK（引脚1）和DATA（引脚2）。BCK用于时钟串行数据，LRCK用于锁存串行数据。LRCK和BCK应与系统时钟同步，理想情况下应从系统时钟输入SCK派生。

（四）音频数据格式和时序

支持标准、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式，数据格式通过控制寄存器20中的格式位FMT[2:0]选择。默认数据格式为24位左对齐，所有格式都要求二进制补码、MSB优先的音频数据。

（五）串行控制接口

串行控制接口是一个3线串行端口，异步于串行音频接口，用于对片上模式寄存器进行编程。控制接口包括MD（引脚13）、MC（引脚14）和ML（引脚15）。

六、模式控制寄存器

PCM1748提供了多个用户可编程的模式控制寄存器，通过串行控制接口进行编程。这些寄存器控制着数字衰减、软静音、过采样率、DAC操作、去加重功能、音频数据格式、数字滤波器滚降、零标志功能、输出相位等功能。

七、模拟输出和应用信息

（一）模拟输出

PCM1748包含两个独立的输出通道 (V{OUT}L) 和 (V{OUT}R)，为不平衡输出，每个通道能够在5kΩ交流耦合负载下驱动3.1Vp - p的典型输出。内部输出放大器偏置到直流共模（或双极零）电压 (V_{CC}/2)，并包含一个RC连续时间滤波器来减少带外噪声。

（二）应用信息

• 连接图：文档提供了基本的连接图，包括必要的电源旁路和去耦组件。建议在SCK、LRCK、BCK和DATA输入使用22Ω到100Ω的串联电阻，以减少高频噪声。
• 电源和接地：需要5V模拟电源和3.3V数字电源，3.3V电源建议通过线性稳压器从5V电源派生。
• DAC输出滤波器电路：为了提供最佳的转换器性能，需要结合片上和外部低通滤波来降低带外噪声。文档推荐了单电源和双电源应用的外部低通有源滤波器电路。
• PCB布局指南：建议使用接地平面，将模拟和数字部分隔离。数字和模拟部分应使用独立的电源，以防止数字开关噪声影响模拟性能。

八、关键性能参数测量

文档详细介绍了如何测量PCM1748的关键动态性能参数，如总谐波失真加噪声（THD + N）、动态范围和空闲通道信噪比（SNR），并提供了相应的测试设置图。

九、总结

德州仪器的PCM1748以其高精度、高性能和丰富的功能，为音频DAC应用提供了一个优秀的解决方案。无论是在音频质量要求较高的消费电子设备，还是在专业音频领域，PCM1748都能够发挥出其优势。作为电子工程师，在设计音频系统时，PCM1748值得我们深入研究和应用。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。