AK4393：高性能立体声 DAC 的卓越之选

在音频处理领域，一款高性能的 DAC（数模转换器）对于提升音频质量起着至关重要的作用。今天，我们就来深入了解一下旭化成（AsahiKASEI）的 AK4393，这是一款专为 DAT、DVD 的 96kHz 采样模式设计的高性能立体声 DAC，它集成了 24 位数字滤波器，能为音频设备带来出色的音频转换效果。

文件下载：AK4393VM.pdf

产品概述

AK4393 采用先进的多位系统用于 Δ - Σ 调制器，这种新架构在保持与传统单比特方式相近的卓越失真特性的同时，实现了更宽的动态范围。其模拟输出通过对时钟抖动具有高容忍度的开关电容滤波器（SCF）在模拟域进行滤波，并且采用全差分输出，非常适合高端音频应用。该器件支持 5V 模拟电压和 3.3V 数字电压，便于与 3.3V 逻辑 IC 进行接口连接。

主要特性

采样与滤波

• 过采样与采样率：具备 128 倍过采样功能，采样率最高可达 108kHz，能有效提高音频的分辨率和还原度。
• 数字滤波器：配备 24 位 8 倍数字滤波器，纹波仅为 ±0.005dB，衰减达到 75dB，可对音频信号进行精细处理。

性能指标

• 失真与动态范围：总谐波失真加噪声（THD + N）低至 -100dB，动态范围（DR）和信噪比（S/N）高达 120dB，确保音频信号的高质量输出。
• 时钟抖动容忍度：对时钟抖动具有高容忍度，能有效减少因时钟不稳定带来的音频失真。

接口与电源

• 接口格式：支持 MSB 对齐、16/20/24 位 LSB 对齐以及 I²S 等多种接口格式，方便与不同的音频设备进行连接。
• 主时钟：主时钟支持多种频率，包括正常速度的 256fs、384fs、512fs 或 768fs，以及双倍速度的 128fs、192fs、256fs 或 384fs，可根据实际需求灵活选择。
• 电源供应：模拟电源电压范围为 4.75 至 5.25V，数字电源电压范围为 3 至 5.25V，采用 28 引脚 SSOP 小封装，节省电路板空间。

引脚功能与特性

AK4393 共有 28 个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，MCLK 为时钟输入引脚，PDN 为电源关断模式引脚，当该引脚为低电平时，AK4393 进入电源关断模式并保持复位状态。需要注意的是，除了内部上拉/下拉引脚外，所有输入引脚都不应悬空，以确保器件的正常工作。

电气特性

绝对最大额定值

在使用 AK4393 时，需要注意其绝对最大额定值，包括电源电压、输入电流、输入电压、环境工作温度和存储温度等。超过这些限制可能会导致器件永久性损坏，因此在设计电路时必须严格遵守。

推荐工作条件

推荐的工作条件包括模拟电源电压、数字电源电压、电压参考等。在这些条件下，AK4393 能够发挥最佳性能。同时，需要注意电源上电顺序并不关键，但模拟输出电压会随着（VREFH - VREFL）的电压变化而变化。

模拟特性

在典型的工作条件下，AK4393 展现出了优秀的模拟特性。例如，在 44.1kHz 和 96kHz 采样率下，其 THD + N 分别低至 -100dB 和 -97dB，动态范围和信噪比也都非常出色。此外，通道间隔离度高达 120dB，通道间增益失配仅为 0.3dB，输出电压为 ±2.4Vpp（典型值），能够满足高端音频应用的需求。

滤波器特性

数字滤波器的通带和阻带频率会随着采样率的变化而变化。在 44.1kHz 和 96kHz 采样率下，通带纹波均为 ±0.005dB，阻带衰减达到 75dB，能够有效滤除音频信号中的杂波和干扰。

开关特性

AK4393 的开关特性包括主时钟时序、LRCK 频率、串行接口时序等。在双速模式下，MCLK 和 BICK/LRCK 之间的相位关系有限制，需要根据具体的工作模式进行合理设置。

操作概述

系统时钟

AK4393 的正常运行需要外部时钟 MCLK、LRCK 和 BICK。主时钟 MCLK 应与 LRCK 同步，但相位关系在正常速度模式下并不关键。然而，在双速模式下，MCLK 与 LRCK/BICK 之间的相位关系受到限制，需要特别注意。采样速度由 DFS 引脚设置，采样率（LRCK）、CKS0/1/2 和 DFS 共同决定 MCLK 的频率。

音频串行接口格式

AK4393 支持五种音频数据格式，通过 DIF0 - 2 引脚进行选择。所有格式的串行数据均为 MSB 优先的 2's 补码格式，并在 BICK 的上升沿锁存。

去加重滤波器

数字去加重滤波器适用于 32、44.1、48 或 96kHz 采样率，通过 DEM0、DEM1 和 DFS 输入引脚进行启用或禁用。

软静音操作

软静音操作在数字域进行，当 SMUTE 引脚变为高电平时，输出信号在 1024 个 LRCK 周期内衰减；当 SMUTE 引脚返回低电平时，静音取消，输出衰减在 1024 个 LRCK 周期内逐渐恢复到 0dB。这种软静音功能可以在不停止信号传输的情况下改变信号源，避免了音频切换时的噪声干扰。

系统复位与电源关断

在电源上电时，应通过将 PDN 引脚置为低电平对 AK4393 进行一次复位。在退出复位和电源关断状态后，AK4393 在输入 MCLK 和 LRCK 之前处于电源关断模式。当 PDN 引脚置为低电平时，AK4393 进入电源关断模式，模拟输出处于高阻状态。

模式控制接口

AK4393 的功能可以通过引脚（并行控制模式）或寄存器（串行控制模式）进行控制。在串行控制模式下，通过 CSN、CCLK 和 CDTI 引脚可以对内部寄存器进行写入操作。需要注意的是，当 PDN 引脚为低电平时，寄存器将被复位为默认值；当 P/S 引脚状态改变时，应通过 PDN 引脚进行复位。

系统设计

接地与电源去耦

为了减少数字噪声的耦合，应分别在 AVDD 和 DVDD 引脚连接去耦电容。AVSS、BVSS 和 DVSS 必须连接到同一个模拟接地平面，系统模拟地和数字地应在电源引入印刷电路板的附近连接在一起。高频去耦电容应尽可能靠近引脚放置。

电压参考

VREFH 和 VREFL 之间的差分电压设置了模拟输出范围。VREFH 引脚通常连接到 AVDD，VREFL 引脚通常连接到 AVSS。VREFH 和 VREFL 应通过一个 0.1μF 的陶瓷电容连接，VCOM 引脚应连接一个 10μF 的电解电容和一个 0.1μF 的陶瓷电容，以消除高频噪声的影响。

模拟输出

AK4393 的模拟输出为全差分输出，以 VCOM 为中心，典型值为 2.4Vpp（VREF = 5V 时）。差分输出在外部进行求和，输出范围为 4.8Vpp（VREF = 5V 时）。内部开关电容滤波器可以衰减 Δ - Σ 调制器在音频通带以外产生的噪声。

总结

AK4393 是一款功能强大、性能卓越的立体声 DAC，具有高采样率、低失真、宽动态范围等优点。在音频设备设计中，合理使用 AK4393 可以显著提升音频质量。但在使用过程中，需要注意其引脚功能、电气特性、操作模式等方面的要求，以确保器件的正常工作。你在实际应用中是否遇到过类似 DAC 的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。