高性能音频利器：WM8740立体声DAC全解析

在音频设备设计领域，DAC（数字模拟转换器）芯片的性能直接决定了音频的还原质量与聆听体验。今天我们就来详细探讨一款高性能的立体声DAC——Cirrus Logic公司的WM8740，看看它的独特魅力与设计要点。

文件下载：WM8740SEDS/RV.pdf

一、WM8740概述

WM8740是一款专为音频应用设计的高性能立体声DAC，适用于CD、DVD、家庭影院系统、机顶盒和数字电视等设备。它支持16至24位的数据输入字长，采样率最高可达192kHz。芯片采用小巧的28引脚SSOP封装，集成了串行接口端口、数字插值滤波器、多位sigma-delta调制器和立体声DAC，还具备每个通道的数字可控静音和衰减功能。

二、关键特性

1. 出色的音频指标

• 高信噪比（SNR）：单声道在48kHz采样率下，“A”加权SNR可达120dB；立体声在48kHz采样率下，“A”加权SNR为117dB。
• 低总谐波失真加噪声（THD+N）：单声道和立体声在满量程时，THD+N均可达 -104dB。

  2. 灵活的功能配置

• 可选数字滤波器滚降特性：内部数字滤波器有尖锐或缓慢滚降两种特性可供选择，可根据应用需求灵活配置。
• 支持外部滤波器：内部数字滤波器可旁路，方便与外部数字滤波器配合使用。
• 双控制模式：支持SPI兼容的串行控制端口和硬件可控接口两种音频DAC控制方案。

三、引脚与配置

1. 引脚配置

WM8740的28个引脚各司其职，涵盖了数字输入、模拟输出、电源供应和控制信号等多种功能。例如，LRCIN为采样率时钟输入，DIN为音频数据串行输入等。这些引脚的合理连接是芯片正常工作的基础，工程师在设计PCB时需要特别注意引脚的布局和布线，以减少干扰。

2. 订购信息

目前有WM8740SEDS/V和WM8740SEDS/RV两种型号可供选择，它们的工作温度范围均为 -40°C至 +85°C，采用28引脚SSOP封装，峰值焊接温度为260°C，每卷数量为2000个。

四、电气特性

1. 供电要求

• 数字电源（DVDD）：范围为 -10%至 +10%的3.3V至5V。
• 模拟电源（AVDD）：同样范围为 -10%至 +10%的3.3V至5V，且DVDD必须等于或小于AVDD。

  2. 音频性能指标

  在AVDD、DVDD = 5V，AGND、DGND = 0V，(T_{A}= +25^{circ}C)，(fs = 48kHz)，SCLK = 256fs的测试条件下：

• SNR：单声道48kHz时为120dB，立体声48kHz时为117dB，立体声96kHz时为116dB。
• THD：单声道和立体声满量程时均可达 -104dB。

  3. 滤波器特性

• 尖锐滚降：通带为 ±0.0012dB，阻带为 -3dB，通带纹波为 ±0.0012dB，阻带衰减在f > 0.5465fs时为 -82dB，延迟时间为30/fs秒。
• 缓慢滚降：通带为 ±0.001dB，阻带为 -3dB，通带纹波为 ±0.001dB，阻带衰减在f > 0.732fs时为 -82dB，延迟时间为9/fs秒。

五、工作模式与控制

1. 系统时钟与采样率

WM8740支持多种系统时钟频率与采样率组合，在256fs或384fs的系统时钟下，可自动选择8ks/s至96ks/s的采样率；在128fs或192fs的系统时钟下，采样率可达192ks/s，且自动进入64x过采样模式，同时绕过数字滤波器的第一级。

2. 音频数据接口

• 正常采样率模式：左右声道数据通过一个引脚串行输入，数据格式可选择右对齐、左对齐或I2S模式。
• 8X FS输入采样率模式：因接口速度较高，音频数据通过两个引脚输入，软件控制不可用，数据格式可选择左或右对齐，字长可选20或24位。

  3. 控制模式

• 硬件控制模式：通过MODE引脚设置为低电平启用，可控制去加重、音频输入格式、软静音等功能。
• 软件控制接口：使用3线串行接口进行控制，MD/DM0用于程序数据，MC/DM1用于时钟数据，ML/I2S用于锁存数据。

六、寄存器映射与功能控制

1. 寄存器概述

WM8740使用4个16位的程序寄存器来控制特殊功能，这些寄存器通过输入引脚MD/DM0加载数据，ML/I2S用于将数据锁存到相应寄存器。

2. 主要寄存器功能

• 衰减控制：寄存器0和1分别控制左右声道的衰减，通过设置AL[7:0]和AR[7:0]的值来调整衰减水平。
• 软静音控制：寄存器2的MUT位控制软静音功能，设置为高电平时静音，低电平时正常工作。
• 去加重控制：寄存器2的DEM位控制去加重功能的开启和关闭。
• 音频数据格式选择：通过寄存器2和3的相关位选择音频数据的输入格式，如16位、20位、24位的右对齐、左对齐或I2S模式。

七、外部组件与应用建议

1. 推荐外部组件

为了确保WM8740的最佳性能，建议使用特定的外部组件，如去耦电容、输出交流耦合电容和参考去耦电容等。这些组件的选型和布局对芯片的稳定性和音频质量有重要影响。

2. 差分输出滤波电路

文档中提供了建议的差分输出滤波电路，可有效滤除高频噪声，提高音频输出的纯净度。

3. 双差分硬件设置

推荐的双差分硬件设置方案可提高音频系统的性能，适用于对音频质量要求较高的应用场景。

八、总结

WM8740以其出色的音频性能、灵活的功能配置和丰富的控制模式，成为音频设备设计中的理想选择。无论是家庭影院、专业音频系统还是消费级音频产品，WM8740都能为用户带来高品质的音频体验。工程师在设计过程中，需要根据具体应用需求，合理选择引脚配置、工作模式和外部组件，以充分发挥WM8740的性能优势。你在使用WM8740的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。