ADAU1978四通道模数转换器：汽车音频应用的理想之选

在电子工程领域，模数转换器（ADC）是实现模拟信号到数字信号转换的关键部件。今天，我们来深入了解一款高性能的四通道模数转换器——ADAU1978，它在汽车音频系统和有源噪声消除系统等应用中表现出色。

文件下载：ADAU1978WBCPZ-RL.pdf

产品特性亮点

高性能输入与时钟

• 四路差分输入：具备四路2 V rms差分输入，能有效处理多通道音频信号，为音频系统提供丰富的输入源。
• 片内锁相环（PLL）：可从外部时钟输入或帧时钟获得主时钟，当使用帧时钟时，系统无需独立的高频主时钟，简化了系统设计。

低干扰与高动态范围

• 低电磁干扰（EMI）设计：采用连续时间前端的Σ - Δ架构，实现了低EMI性能，减少了对周围电子设备的干扰。
• 高动态范围与低失真：ADC动态范围达109 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）为 - 95 dB，能提供高质量的音频转换。

灵活的数字控制

• 可选数字高通滤波器：可根据不同应用需求选择合适的滤波器，优化音频信号。
• 数字音量控制：通过I2C/SPI可控，可灵活调整音量，提高系统的灵活性。
• 软件可控功能：具备无杂音静音功能和软件关断功能，方便系统管理。

多种工作模式与封装

• 多种工作模式：支持右对齐、左对齐、I2S和TDM模式，以及主机和从机工作模式，适应不同的系统架构。
• 40引脚LFCSP封装：体积小巧，便于在电路板上布局，同时通过了汽车应用认证，确保在汽车环境中的可靠性。

技术规格详解

模拟性能

• 输入特性：满量程交流差分输入电压为2 V rms，单端输入电压为1 V rms，输入共模电压为1.5 V dc。
• ADC性能：差分输入电阻为28.6 kΩ，单端输入电阻为14.3 kΩ，分辨率为24 Bits，动态范围（A加权）线路输入可达109 dB，THD + N低至 - 95 dB。
• 其他参数：数字增益后置ADC增益误差在 - 10%至 + 10%之间，通道间增益不匹配为 - 0.25 dB至 + 0.25 dB，增益漂移为100 ppm/°C，共模抑制比（CMRR）为50 - 65 dB，电源抑制比（PSRR）为56 - 70 dB，通道间隔离为100 dB，通道间相位偏差为0度。

数字输入/输出规格

• 输入：高电平输入电压为0.7xIOVDD，低电平输入电压为0.3xIOVDD，输入漏电流为 - 10 μA至 + 10 μA，输入电容为5 pF。
• 输出：高电平输出电压为IOVDD - 0.60 V，低电平输出电压为0.4 V。

电源规格

• 电源电压：DVDD为1.62 - 1.98 V，AVDDx为3.0 - 3.6 V，IOVDD为1.62 - 3.6 V。
• 电流与功耗：不同采样速率下，IOVDD电流、AVDDx电流、DVDD电流和功耗各不相同，关断状态下功耗极低。

数字滤波器规格

• ADC抽取滤波器：通带为0.4375 × fS（21 kHz），通带纹波为 ± 0.015 dB，过渡带为0.5 × fS（24 kHz），阻带为0.5625 × fS（27 kHz），阻带衰减为79 dB，群延迟在不同采样速率下有所不同。
• 高通滤波器：截止频率为0.9375 Hz，相位偏差在20 Hz时为10度，建立时间为1秒。
• ADC数字增益：范围为0 - 60 dB，增益步长为0.375 dB。

时序规格

• 输入主时钟（MCLK）：占空比为40 - 60%，频率根据不同的倍频系数和采样速率而定。
• 复位：复位脉冲为15 ns。
• PLL：锁定时间为10 ms。
• I2C和SPI端口：各有相应的频率、电平时间和建立保持时间等参数。

工作原理剖析

电源与基准电压源

• 电源供电：采用3.3 V单电源供电，模拟和升压转换器各有电源输入引脚，需通过电容去耦以降低噪声。
• 数字内核电源：DVDD利用内部低压差调节器产生，典型值为1.8 V，需通过电容去耦。
• 基准电压：模拟模块的基准电压在内部产生，通过VREF引脚输出，典型电压为1.5 V，使用时需注意其电流能力有限。

上电复位序列

• 电源建立：AVDDx提供3.3 V单电源，内部产生DVDD（1.8 V），复位期间DVDD调节器禁用，当 (overline{PD} / overline{RST}) 引脚变为高电平后，调节器开始为DVDD充电。
• 复位条件：只有当DVDD达到1.2 V且POR信号释放后，器件才会离开复位状态，建议在发送I2C或SPI控制信号之前等待一定时间。

PLL和时钟

• PLL功能：内置模拟PLL为内部ADC提供无抖动的主时钟，需根据输入时钟频率进行编程。
• 时钟源设置：CLK_S位用于设置PLL的时钟源，可以是MCLKIN引脚或LRCLK引脚（从模式），不同采样速率所需的输入主时钟频率不同。

模拟输入与ADC功能

模拟输入

• 输入结构：具有4路差分模拟输入，支持交流耦合和直流耦合输入信号，输入电阻约为14 kΩ。
• 高通滤波器：在48 kHz采样速率时，高通滤波器截止频率为1.4 Hz，与采样速率呈比例变化。

ADC功能

• 通道配置：4个Σ - Δ ADC通道配置为两个立体声对，可配置差分/单端输入，工作采样速率为32 kHz到192 kHz。
• 数字抗混叠滤波器：片上数字抗混叠滤波器具有79 dB阻带衰减和线性相位响应。
• 数字增益补偿：对各通道可提供10位可编程数字增益补偿，但需注意避免过度补偿。
• 直流失调校准：具备直流失调校准算法，可消除ADC的系统性直流失调。

ADC求和模式

• 2通道求和模式：将通道1和通道2、通道3和通道4的ADC数据分别合并，可提高3 dB的信噪比。
• 4通道求和模式：将通道1至通道4的ADC数据合并，可提高6 dB的信噪比。

串行音频数据输出端口与数据格式

立体声模式

• 数据输出：SDATAOUT1输出通道1和通道2的ADC数据，SDATAOUT2输出通道3和通道4的ADC数据，支持I2S、左对齐和右对齐音频格式。

TDM模式

• 编程功能：寄存器0x05至寄存器0x08提供TDM模式编程功能，可设置时隙宽度、数据宽度、通道分配和输出引脚。
• 工作模式：支持2、4、8或16个通道，可作为主机或从机工作，支持非脉冲和脉冲模式。

应用领域与总结

ADAU1978凭借其高性能、低干扰、灵活控制等特点，非常适合汽车音频系统和有源噪声消除系统等应用。在汽车音频系统中，它能提供高质量的音频转换，满足用户对音质的需求；在有源噪声消除系统中，其低EMI设计和高动态范围有助于提高系统的抗干扰能力和降噪效果。

作为电子工程师，在设计相关系统时，需要根据具体应用需求，合理选择ADAU1978的工作模式、参数设置等，以充分发挥其性能优势。同时，在使用过程中，要注意电源去耦、ESD防范等问题，确保系统的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似ADC的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。