高性能音频DAC芯片AD1955：音频世界的卓越之选

在音频设备的设计领域，DAC（数模转换器）芯片的性能直接影响着音频的质量。今天，我们来深入了解一款高性能的多比特DAC芯片——AD1955，它在音频播放系统中有着出色的表现。

文件下载：AD1955ARSZ.pdf

1. 产品概述

AD1955是一款完整的、高性能的单芯片立体声数字音频播放系统。它集成了多比特Σ - Δ调制器、高性能数字插值滤波器和连续时间差分电流输出DAC。此外，它还具备片上无咔嗒声立体声衰减器和静音功能，可通过SPI兼容的串行控制端口进行编程。

1.1 兼容性

AD1955与所有已知的DVD音频格式兼容，包括192kHz和96kHz采样频率以及24位数据。同时，它还支持“红皮书”光盘所需的50µs/15µs数字去加重，以及32kHz和48kHz采样率的去加重，具有良好的向后兼容性。

1.2 灵活性

其串行数据输入端口非常灵活，可与各种ADC、DSP、SACD解码器、外部数字滤波器、AES/EBU接收器和采样率转换器进行无缝连接。它可以配置为左对齐、I2S、右对齐或DSP串行端口兼容模式，支持MSB优先、二进制补码格式，在所有标准PCM模式下可处理16、18、20和24位数据。

1.3 接口功能

AD1955还具备SACD播放接口和外部数字滤波器接口，可与外部数字插值滤波器或HDCD解码器配合使用。该芯片采用5V电源供电，采用28引脚SSOP封装，可在 - 40°C至 + 85°C的温度范围内工作。

2. 主要特性

2.1 电源与数据支持

• 电源：采用5V电源供电，为芯片提供稳定的工作电压。
• 数据接收：可接受16/18/20/24位数据，支持24位、192kHz采样率的PCM音频数据，同时支持SACD位流和外部数字滤波器接口。
• 采样率范围：支持广泛的PCM采样率，包括32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz。

2.2 调制器与输出特性

• 调制器：采用多比特Sigma - Delta调制器，具有“完美差分线性恢复”功能，可降低空闲音调和平底噪声。
• 输出：差分电流输出，可实现最佳性能，差分输出为8.64mA p - p。

2.3 音频性能指标

• 信噪比（SNR）和动态范围（DNR）：在48kHz采样率（A加权立体声）下，SNR/DNR可达120dB（非静音），单声道可达123dB。
• 总谐波失真 + 噪声（THD + N）：为 - 110dB。
• 滤波器特性：具有8倍过采样数字滤波器，阻带衰减为110dB，通带纹波为0.0002dB。

2.4 其他特性

• 音量控制：片上无咔嗒声音量控制，可实现平滑的音量调节。
• SACD功能：支持SACD静音模式检测，支持64 (f{S} / 128 f{S}) DSD SACD的相位模式。
• 数字去加重：支持32kHz、44.1kHz和48kHz采样率的数字去加重。
• 控制方式：支持硬件和软件可控的无咔嗒声静音，通过串行（SPI）控制可设置串行模式、位数、采样率、音量、静音、去加重和单声道模式。

3. 技术参数

3.1 测试条件

• 参考电流（IREF）为0.960mA。
• 输入时钟为12.288MHz。
• 输入采样率为48kHz。
• 测量带宽为20Hz至20kHz。
• 负载电容为100pF。
• 输入电压低电平为0.8V。

3.2 模拟性能

参数	最小值	典型值	最大值	单位
分辨率	24	-	-	位
信噪比（20Hz至20kHz，差分输出，A加权，RMS，立体声）	114	120	-	dB
信噪比（20Hz至20kHz，差分输出，A加权，RMS，单声道）	119	123	-	dB
动态范围（20Hz至20kHz， - 60dB输入，差分输出，A加权，RMS，立体声）	114	120	-	dB
动态范围（20Hz至20kHz， - 60dB输入，差分输出，A加权，RMS，单声道）	119	123	-	dB
总谐波失真 + 噪声（立体声，0dBFS）	-110	-102.5	-	dB
输出偏置电流	-	8.64	-	mA
差分输出范围（满量程）	-	-3.24	-	mA
每个输出引脚的输出电容	-	100	-	pF
带外能量（0.5 (f_{S})至100kHz）	-	-90	-	dB
参考电压	2.245	2.39	2.505	V

3.3 数字I/O

参数	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压高电平（VIH）	2.2	-	-	V
输入电压低电平（VIL）	-	0.8	-	V
输入泄漏电流（IIH @ VIH = 2.4V）	-3	-	+3	µA
输入泄漏电流（IIL @ VIL = 0.8V）	-3	-	+3	µA
高电平输出电压（VOH，IOH = 1mA）	-	2.4	-	V
低电平输出电压（VOL，IOL = 1mA）	-	0.4	-	V
输入电容	-	20	-	pF

3.4 温度与电源

• 温度范围：规格保证温度为25°C，功能保证温度为 - 40°C至 + 85°C，存储温度为 - 55°C至 + 125°C。
• 电源：数字电源电压为4.50V至5.50V，模拟电源电压为4.50V至5.50V。模拟电流为20mA，数字电流为22mA。电源抑制比在20kHz和1kHz时分别为 - 77dB和 - 72dB。

3.5 数字滤波器特性

采样率（kHz）	通带（kHz）	阻带（kHz）	阻带衰减（dB）	通带纹波（dB）
44.1	DC - 20	24.1 - 328.7	110	±0.0002
48	DC - 21.8	-	110	±0.0002
96	DC - 39.95	26.23 - 358.28	115	±0.0005
192	DC - 87.2	56.9 - 327.65、117 - 327.65	95	0 / - 0.04（DC - 21.8kHz） 0 / - 0.5（DC - 65.4kHz） 0 / - 1.5（DC - 87.2kHz）

4. 引脚配置与功能

4.1 引脚配置

AD1955采用28引脚SSOP封装，各引脚功能明确，如DVDD为数字电源，DGND为数字地，LRCLK/EF_WCLK为左/右时钟输入等。

4.2 引脚功能描述

• 电源引脚：DVDD和AVDD分别为数字和模拟电源，AGND和DGND为模拟和数字地。
• 时钟与数据引脚：LRCLK/EF_WCLK、BCLK/EF_BCLK、MCLK等为时钟输入引脚，SDATA/EF_LDATA、EF_RDATA、DSD_LDATA、DSD_RDATA等为数据输入引脚。
• 输出引脚：IOUTR +、IOUTR -、IOUTL +、IOUTL - 为模拟输出引脚，ZEROR和ZEROL为零标志输出引脚。
• 控制引脚：MUTE、PD/RST、CDATA、CLATCH、CCLK等为控制引脚，用于实现静音、复位、串行控制等功能。

5. 典型性能特性

文档中给出了多个典型性能特性图，包括不同采样率下的通带响应、完整响应、FFT图等，直观地展示了AD1955在不同工作条件下的性能表现。例如，在48kHz采样率下的通带响应图显示了芯片在该采样率下的频率响应特性，有助于工程师了解芯片在特定频率范围内的性能。

6. 操作特性

6.1 串行数据输入端口

• PCM模式：支持标准PCM音频数据，数据格式和字长可通过SPI控制寄存器设置。在不同的数据格式中，数据的传输和处理方式有所不同。例如，在左对齐模式下，LRCLK为高时表示左声道，数据在BCLK的上升沿有效；在I2S模式下，LRCLK为低时表示左声道，MSB有一个BCLK周期的延迟。
• 外部数字滤波器模式：可接受来自外部数字滤波器、HDCD解码器或通用DSP的24位串行、二进制补码、MSB优先数据。数据在EF_BCLK的上升沿有效，模式可设置为左对齐或右对齐。
• SACD模式：支持正常模式和相位调制模式，通过Control Register 1的Bit 6进行选择。在正常模式下，DSD数据以64 (f_{S}) 的速率通过DSD_SCLK的上升沿时钟输入；在相位调制模式下，DSDPHASE引脚也用于与DSD解码器接口，DSD数据以128 (f{S}) 的DSD_SCLK时钟输入。

6.2 主时钟

AD1955必须通过Control Registers 0和1设置适当的采样率和主时钟率。不同的插值模式对应不同的允许主时钟频率，在SACD模式下，可接受256 (f{S})、512 (f{S}) 或768 (f_{S}) 的主时钟。

6.3 零检测

在PCM模式下，当音频输入数据在1024个LRCLK周期内连续为零时，ZEROL或ZEROR引脚将被置为有效；在8 (f_{S}) 外部数字滤波器模式下，该周期为8192个LRCLK。在SACD模式下，若输入位流显示静音模式约22ms，ZEROL或ZEROR引脚也将被置为有效。

6.4 复位/电源关断

当PD/RST引脚置低时，AD1955将被复位；可使用Control Register 0的Bit 15进行电源关断操作。

6.5 音频输出

建议使用有源I/V转换器，以保持DAC输出电压恒定。为获得最佳的THD + N性能，I/V转换器应使用2.80V的参考电压。若使用FILTR引脚的电压，可通过降低IREF来提高高温下的THD + N性能，但会导致增益和DNR/SNR下降。

6.6 串行控制端口

AD1955具有SPI兼容的控制端口，用于对内部控制寄存器进行编程。该端口为3线串行端口，输入数据字为16位宽，串行位时钟可与DAC的采样率完全异步。

7. 应用领域

AD1955适用于多种音频应用领域，包括高端DVD音频、SACD、CD、家庭影院系统、汽车音频系统、采样音乐键盘、数字混音控制台和数字音频效果处理器等。其高性能和灵活性使其能够满足不同音频设备的需求。

8. 总结

AD1955作为一款高性能的多比特DAC芯片，在音频播放系统中具有出色的性能和丰富的功能。它的兼容性、灵活性和高性能指标使其成为音频设备设计的理想选择。工程师在设计音频系统时，可以根据具体需求合理利用AD1955的特性，以实现高质量的音频播放效果。在实际应用中，你是否遇到过类似芯片的使用问题？你对AD1955在特定应用场景中的表现有什么疑问吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。