深入解析AD1939：高性能音频编解码器的卓越之选

在音频处理领域，高性能的编解码器是实现优质音质的关键。今天，我们就来详细探讨一款备受关注的音频编解码器——AD1939。它具备诸多出色的特性，能广泛应用于各类音频系统中。接下来，我们将从多个方面对其进行深入剖析。

文件下载：AD1939WBSTZ-RL.pdf

1. AD1939 特性概览

1.1 时钟与低 EMI 设计

AD1939 的时钟信号生成十分灵活，既可以通过片上 PLL 生成主时钟，也能采用直接主时钟输入的方式。这种设计不仅能根据不同应用场景灵活选择时钟源，还大大降低了电磁干扰（EMI）。在系统和电路设计架构上，都充分考虑了低 EMI 需求。例如，利用片上 PLL 从 LR 时钟或外部晶体推导主时钟，减少了对单独高频主时钟的需求，同时还能与抑制位时钟配合使用。此外，DAC 和 ADC 采用最新的连续时间架构，进一步降低了 EMI 辐射。再加上 3.3 V 电源供电，有效降低了功耗和电磁辐射。

1.2 高性能指标

该编解码器的动态范围和信噪比表现出色，DAC 动态范围可达 112 dB，ADC 为 107 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）低至 -94 dB。支持 24 位分辨率和 8 kHz 到 192 kHz 的采样率，能满足不同音频应用的精度和速度要求。差分输入输出设计，能有效抑制共模噪声，提高音频信号的抗干扰能力。具备对数音量控制和自动斜坡功能，可实现平滑的音量调节；支持 SPI 控制，方便灵活调整各种参数；还能通过软件实现无咔嗒声静音和软件掉电功能，提升用户体验并降低功耗。

1.3 工作模式多样

支持右对齐、左对齐、I2S 和 TDM 等多种数据格式，以及主从模式，最多可实现 16 通道的输入输出。这种丰富的工作模式使其能与各种数字音频系统无缝对接，适应性极强。采用 64 引脚的 LQFP 封装，尺寸适中，适合不同的 PCB 布局。并且该产品通过了汽车应用认证，能在严苛的汽车环境中稳定工作。

2. 详细技术参数

2.1 模拟性能

在模拟性能方面，AD1939 的 ADC 分辨率为 24 位，在不同条件下的动态范围表现优秀。无滤波（RMS）时可达 96 - 102 dB，采用 A 加权滤波（RMS）时为 98 - 105 dB。在 -1 dBFS 输入时，总谐波失真加噪声低至 -96 dB 到 -87 dB。DAC 的动态范围同样出色，无滤波（RMS）为 102 - 107 dB，A 加权滤波（RMS）为 105 - 110 dB，A 加权滤波（平均）可达 112 dB。在 0 dBFS 输入时，两个通道运行时 THD + N 为 -94 dB，八个通道运行时为 -86 dB 到 -76 dB。

2.2 电源与数字接口

电源方面，采用单一的 3.3 V 电源供电，适应大多数数字和模拟电路的供电需求。同时能承受 5 V 逻辑输入，增强了与其他设备的兼容性。数字输入输出规格在 -40°C 到 +105°C 的温度范围内，能保证稳定的信号传输。

2.3 滤波器与时序

数字滤波器部分，ADC 抽取滤波器和 DAC 插值滤波器在不同采样率下都有明确的参数设置，如通带、过渡带、阻带和群延迟等。在时序规格上，对输入主时钟、复位、SPI 端口、DAC 和 ADC 串行端口等都有详细的时间要求，确保了系统的稳定运行。

3. 工作原理剖析

3.1 ADC 工作原理

AD1939 内部有四个 ADC 通道，配置为两个立体声对，采用差分输入方式。为获得最佳性能，建议使用差分信号源驱动。输入引脚连接内部开关电容，为避免内部开关电容产生的毛刺影响外部驱动运放，每个输入引脚应通过串联 100 Ω 电阻和 1 nF 接地电容进行隔离。差分输入的标称共模电压为 1.5 V，可利用共模参考引脚（CM）的电压为外部运放提供偏置。此外，还可通过串行控制接入数字高通滤波器，去除残余直流偏移，其截止频率随采样频率直接缩放。

3.2 DAC 工作原理

DAC 通道为差分输出，由四个立体声对组成，共提供八个模拟输出，有效改善了噪声和失真性能。每个通道都有独立可编程的衰减器，可按 0.255 步长以 0.375 dB 为增量进行调节。数字输入通过四个串行数据输入引脚和公共帧时钟（DLRCLK）及位时钟（DBCLK）提供。每个输出引脚的标称共模直流电平为 1.5 V，对于 0 dBFS 数字输入信号，摆幅为 ±1.27 V。建议使用单个运放、三阶外部低通滤波器来去除输出引脚上的高频噪声，并实现差分到单端的转换。同样，可利用 CM 引脚的电压为外部运放提供偏置。

3.3 时钟信号原理

片上锁相环（PLL）可根据 LRCLK 引脚或 MCLKI/XI 引脚提供的参考信号，调整输入采样率。上电默认采用 MCLKI/XI 引脚的 (256 ×f{S}) 参考。在不同采样率模式下，主时钟的实际倍频会相应变化。例如，在 96 kHz 模式下，主时钟频率不变，但实际倍频减半；192 kHz 模式下，实际倍频变为原来的四分之一。ADCs 内部时钟固定为 (256 ×f{S})，而 DACs 的内部时钟则根据不同模式有所变化，分别为 (512 ×f{S})（48 kHz 模式）、(256 ×f{S})（96 kHz 模式）或 (128 ×f_{S})（192 kHz 模式）。需要注意的是，192 kHz 模式下 ADC 必须使用片上 PLL 生成时钟。

4. 应用领域探索

4.1 汽车音频系统

汽车内部环境复杂，对音频系统的抗干扰能力和稳定性要求极高。AD1939 的低 EMI 设计和宽温度范围适应性，使其能在汽车的电子环境中稳定工作。同时，其多通道输入输出和高性能指标，能为乘客带来高品质的音频体验。

4.2 家庭影院系统

家庭影院追求高保真的音频效果，AD1939 丰富的工作模式和高分辨率性能，能满足家庭影院对多声道音频处理的需求，还原出逼真的音效，让用户在家中就能享受影院级别的视听盛宴。

4.3 机顶盒和数字音频处理器

在机顶盒和数字音频处理器中，AD1939 能高效处理数字音频信号，将其转换为高质量的模拟音频输出。其灵活的控制方式和高集成度，有助于减少系统的复杂度和成本。

5. 设计建议与总结

在使用 AD1939 进行设计时，要充分考虑其时钟信号的选择和配置，确保系统时钟的稳定和准确。在 ADC 和 DAC 的输入输出端，合理选择外部滤波和缓冲电路，以充分发挥其性能优势。同时，注意电源的稳定性和去耦，降低电源噪声对音频信号的影响。

总的来说，AD1939 是一款性能卓越、功能丰富的音频编解码器，在音频处理领域具有广泛的应用前景。无论是汽车音频、家庭影院还是数字音频处理等领域，它都能展现出出色的性能表现。电子工程师们在进行音频系统设计时，不妨考虑选用 AD1939，以实现高质量的音频处理方案。大家在使用 AD1939 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎交流分享。