探索PCM175x：高性能音频数模转换器的卓越之选

在音频处理领域，数模转换器（DAC）的性能对最终音频质量起着关键作用。TI的PCM175x系列（PCM1753、PCM1754、PCM1755）24位、192-kHz采样的增强型多级Delta-Sigma音频DAC，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为众多音频应用的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：PCM1753DBQR.pdf

一、特性亮点

高分辨率与出色动态性能

PCM175x拥有24位分辨率，能够提供更细腻、精准的音频信号转换。在5V电源供电下，其动态范围可达106dB，典型信噪比（SNR）同样为106dB，总谐波失真加噪声（THD+N）低至0.002%，典型满量程输出为4VPP。这些数据表明，它能够在很大程度上还原音频信号的原始特性，减少失真和噪声干扰，为用户带来纯净、高质量的音频体验。

灵活的数字滤波器

该系列产品配备4x或8x过采样数字滤波器，具有出色的滤波性能。其通带纹波仅为±0.04dB，阻带衰减可达 -50dB，能够有效滤除带外噪声，提升音频信号的清晰度和准确性。同时，它支持5kHz至200kHz的采样频率，系统时钟可选择128fS、192fS、256fS、384fS、512fS、768fS、1152fS，并具备自动检测功能，为不同的音频应用场景提供了极大的灵活性。

丰富的控制功能

以PCM1754为例，它支持I²S和16位字、右对齐的音频数据格式，具备44.1kHz数字去加重、软静音以及左右声道公共输出零标志等功能。这些功能可以帮助工程师更好地控制音频信号的处理过程，满足不同的设计需求。

低功耗与小封装

PCM175x采用5V单电源供电，功耗较低，在不同采样频率下的电源电流和功耗表现都较为出色。同时，它采用了小巧的16引脚SSOP无铅封装，节省了电路板空间，适合对尺寸有严格要求的应用。

二、应用领域

音视频接收器

在A/V接收器中，PCM175x能够将数字音频信号准确地转换为模拟音频信号，为用户提供高品质的音频输出。其出色的动态性能和低失真特性，能够满足用户对高清音频的需求。

HDTV接收器

随着高清电视技术的不断发展，对音频质量的要求也越来越高。PCM175x可以为HDTV接收器提供高质量的音频转换，使观众能够享受到更加逼真、清晰的音频效果。

汽车音频系统

汽车内部的电磁环境复杂，对音频设备的抗干扰能力和性能要求较高。PCM175x凭借其出色的性能和稳定性，能够在汽车音频系统中发挥重要作用，为驾驶者和乘客带来优质的音频体验。

其他24位音频应用

对于那些对音频质量有较高要求的应用，如专业音频设备、音频测试仪器等，PCM175x同样能够胜任。

三、详细描述

架构与接口

PCM175x基于TI的增强型Delta-Sigma架构，采用4阶噪声整形和8级幅度量化技术，实现了卓越的动态性能和改进的时钟抖动容限。它支持行业标准的音频数据格式，包括16位和24位数据，能够轻松与音频DSP和解码器芯片接口。同时，它可以通过硬件模式进行控制，也可以通过三线串行控制端口实现一系列用户可编程功能。

系统时钟与复位

PCM175x需要一个系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级Delta-Sigma调制器。系统时钟通过SCK输入引脚提供，建议使用低相位抖动和噪声的时钟源，如TI的PLL170x系列多时钟发生器。此外，该系列产品还具备上电复位功能，当VCC > 3V（典型值，2.2V至3.7V）且系统时钟激活时，上电复位功能启用，初始化序列需要1024个系统时钟周期。

音频串行接口

音频串行接口由BCK、LRCK和DATA三个引脚组成，用于传输音频数据。内部操作与LRCK引脚同步，当LRCK引脚的采样率时钟发生变化或SCK和/或BCK引脚中断3位时钟周期或更长时间时，内部操作将暂停。在恢复连续时钟信号后，内部操作将在小于3/fS的时间内自动重新同步，无需外部复位。

零标志功能

PCM175x具有零标志功能，可用于检测音频信号是否为零电平。对于PCM1754，ZEROA引脚是左右声道公共零标志引脚；对于PCM1753，左右声道分别有独立的零标志引脚ZEROL和ZEROR。这些零标志输出可以用于控制外部静音电路或作为状态指示器。

模拟输出

PCM1753具有两个独立的输出通道VOUTL和VOUTR，为不平衡输出，每个通道能够在5kΩ交流耦合负载下驱动4VPP的典型输出。内部输出放大器偏置到直流共模电压（或双极零电压），等于0.5VCC。同时，输出放大器还包括一个RC连续时间滤波器，有助于减少带外噪声能量，但为了获得更好的性能，通常还需要外部低通滤波器。

四、设计要点

电源供应

PCM175x设计用于在4.5V至5.5V的电源下工作，为了确保其性能稳定，建议使用干净的电源，并采用高质量的去耦电容来降低噪声。数字和模拟部分建议使用独立的电源供应，以防止数字电源的开关噪声影响模拟电源，从而降低器件的动态性能。如果需要使用公共5V电源，应在模拟和数字5V电源连接之间放置电感（如RF扼流圈、铁氧体磁珠），以避免数字开关噪声耦合到模拟电路中。

布局设计

在PCB布局方面，建议使用接地平面，并通过分割或切割电路板来隔离模拟和数字部分。PCM175x的数字I/O引脚应朝向接地平面的分割处，以便与数字音频接口和控制信号进行短而直接的连接。同时，为了减少高频噪声发射和抑制时钟和数据线上的毛刺和振铃，建议在SCK、LRCK、BCK和DATA输入引脚使用22Ω至100Ω的串联电阻。

五、测试与验证

THD+N测试

总谐波失真加噪声（THD+N）是衡量音频DAC性能的重要指标之一。测试时，使用全量程、1kHz的数字正弦波作为输入信号，通过测量DAC输出的模拟信号来计算THD+N。测试过程中，需要注意设置合适的带限滤波器和测量系统的参数，以确保测试结果的准确性。

动态范围测试

动态范围通过测量在 -60dB全量程、1kHz数字正弦波输入下的A加权THD+N来确定。该测试能够反映DAC在低电平输入信号下的性能表现。测试设置与THD+N测试类似，但需要选择合适的带限滤波器和添加A加权滤波器。

空闲通道信噪比（SNR）测试

SNR测试用于测量DAC的本底噪声。测试时，将DAC的输入设置为全0数据，并禁用数字发生器的抖动功能，以确保输入为全0数据流。测试设置与动态范围测试相同，只是输入信号电平不同。

六、总结

PCM175x系列音频DAC以其出色的性能、丰富的功能和灵活的设计选项，为音频工程师提供了一个优秀的解决方案。无论是在音视频接收器、HDTV接收器、汽车音频系统还是其他24位音频应用中，它都能够发挥重要作用。在设计过程中，合理选择电源供应、优化布局设计，并进行严格的测试与验证，将有助于充分发挥PCM175x的性能优势，实现高质量的音频处理。你在使用类似音频DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。