高性能四通道模数转换器ADAU1979：汽车音频系统的理想之选

在电子工程领域，音频信号的精确转换和处理至关重要。ADAU1979作为一款高性能四通道模数转换器（ADC），凭借其卓越的性能和丰富的功能，在汽车音频系统和有源噪声消除系统等应用中展现出了强大的优势。今天，我们就来深入了解一下这款令人瞩目的产品。

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产品特性与优势

高性能模拟输入与转换

• 四路差分输入：ADAU1979具备四路4.5 V rms（典型值）差分输入，能够有效处理音频信号。其交流耦合输入具有出色的性能，为音频信号的准确采集提供了保障。
• 高动态范围与低失真：模数转换器（ADC）动态范围达到109 dB（典型值），总谐波失真加噪声（THD + N）低至−95 dB（典型值），确保了音频信号的高质量转换，减少了失真和噪声干扰。
• 灵活的采样速率：支持8 kHz至192 kHz的采样速率，能够满足不同音频应用的需求。

先进的时钟与控制功能

• 片内锁相环（PLL）：利用片内PLL可从外部时钟输入或帧时钟（采样速率时钟）获得主时钟，当使用帧时钟时，系统无需独立的高频主时钟，简化了设计。
• 多种控制方式：支持I2C/SPI可控，可提高设计的灵活性。软件可控无杂音静音功能和数字音量控制，具有自动缓升功能，为音频系统的控制提供了便利。

低电磁干扰（EMI）设计

采用连续时间前端，实现了低EMI性能，减少了对周围电子设备的干扰，提高了系统的稳定性。

丰富的数据格式与工作模式

支持右对齐、左对齐、I2C和TDM模式，以及主机和从机工作模式，满足不同音频系统的接口需求。

汽车应用认证

通过汽车应用认证，能够适应汽车环境的严格要求，为汽车音频系统提供可靠的解决方案。

技术规格详解

模拟性能规格

• 输入电压：满量程交流差分输入电压为4.18 - 4.82 V rms，满量程单端输入电压为2.09 - 2.41 V rms，输入共模电压为1.5 V dc。
• ADC性能：差分输入电阻为64.34 kΩ，单端输入电阻为32.17 kΩ，ADC分辨率为24位。动态范围（A加权）线路输入在特定条件下可达103 - 109 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）在特定输入条件下低至−95 - −87 dB。
• 增益与误差：数字增益后置ADC范围为0 - 60 dB，增益误差在−10% - +10%之间，通道间增益不匹配在−0.25 - +0.25 dB之间，增益漂移为100 ppm/°C。
• 共模抑制比（CMRR）与电源抑制比（PSRR）：CMRR在不同频率和输入条件下表现良好，PSRR在特定条件下可达70 dB。
• 通道间隔离与相位偏差：通道间隔离为100 dB，通道间相位偏差为0度。
• 基准电压：内部基准电压VREF引脚典型值为1.5 V，输出阻抗为20 kΩ。
• ADC串行端口输出采样速率：范围为8 - 192 kHz。

数字输入/输出规格

输入高电平电压（VIH）为0.7 × IOVDD，低电平输入电压（VIL）为0.3 × IOVDD，输入漏电流在−10 - +10 µA之间，输入电容为5 pF。输出高电平电压（VOH）在特定条件下为IOVDD - 0.60 V，低电平输出电压（VOL）为0.4 V。

电源规格

• 电源电压：DVDD由片内低压差（LDO）调节器提供，典型值为1.8 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电流和功耗有所不同。正常工作时，模拟电源和数字电源的功耗在一定范围内，所有电源关断时功耗低至960 µW。

数字滤波器规格

• ADC抽取滤波器：通带、过渡带和阻带的频率特性明确，通带纹波为±0.015 dB，阻带衰减为79 dB，群延迟在不同采样速率下有相应值。
• 高通滤波器：截止频率在−3 dB点为0.9375 Hz，相位偏差在20 Hz时为10度，建立时间为1 sec。
• ADC数字增益：范围为0 - 60 dB，增益步长为0.375 dB。

时序规格

对输入主时钟（MCLK）的占空比和频率、复位脉冲时间、PLL锁定时间、ADC串行输出端口和SPI、I2C端口的时序参数都有明确规定。

工作原理剖析

电源和基准电压源

• 电源供电：采用3.3 V单电源供电，所有AVDDx引脚通过100 nF陶瓷芯片电容去耦到最近的AGNDx，ADC所在的PCB上需提供至少10 μF的铝电解体电容。
• 数字内核电源：数字内核的电源电压（DVDD）利用内部低压差调节器产生，典型DVDD输出为1.8 V，通过100 nF陶瓷电容和10 µF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，AVDDx为3.3 V时，VREF引脚典型电压为1.5 V。在复位模式下，VREF引脚禁用以节省功耗，仅当PD/RST引脚变为高电平时使能。

上电复位序列

ADAU1979要求在AVDDx引脚上从外部提供3.3 V单电源，器件内部产生DVDD（1.8 V）。复位期间，DVDD调节器禁用，PD/RST引脚变为高电平后，器件使能DVDD调节器。内部ADC和数字内核复位由内部上电复位（POR）信号电路控制，只有DVDD达到1.2 V且POR信号释放后，器件才会离开复位状态。

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，PLL必须根据适当的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）。在LRCLK模式下，PLL支持32 kHz到192 kHz的采样速率。
• PLL锁定状态：PLL_LOCK位指示PLL的锁定状态，建议在初始上电后读取PLL锁定状态，确保PLL输出正确的频率后才取消音频输出静音。

模拟输入

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。多数音频应用中，信号的直流成分通过耦合电容消除，ADAU1979采用独特的输入结构，允许交流耦合输入信号。在48 kHz采样速率时，高通滤波器具有1.4 Hz、6 dB/倍频程的截止频率，该截止频率与采样速率呈比例变化。

模数转换器

• 通道配置：4个Σ - Δ ADC通道配置为两个立体声对，具有可配置的差分/单端输入，以32 kHz到192 kHz的标称采样速率工作。
• 数字抗混叠滤波器：ADC包括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：ADC具有直流失调校准算法，可消除ADC的系统性直流失调。

ADC求和模式

• 2通道求和模式：SUM_MODE位设为01时，通道1和通道2 ADC数据合并，从SDATAOUT1引脚输出；通道3和通道4 ADC数据合并，从SDATAOUT2引脚输出，SNR提高3 dB。
• 1通道求和模式：SUM_MODE位设为10时，通道1至通道4 ADC数据合并，从SDATAOUT1引脚输出，SNR提高6 dB。

串行音频数据输出端口、数据格式

• 端口引脚：串行音频端口包括BCLK、LRCLK、SDATAOUT1和SDATAOUT2引脚。
• 立体声模式：在2通道或立体声模式下，SDATAOUT1输出通道1和通道2的ADC数据，SDATOUT2输出通道3和通道4的ADC数据，支持I2S、左对齐（LJ）和右对齐（RJ）音频格式。
• TDM模式：寄存器0x05至寄存器0x08提供TDM模式编程功能，支持2、4、8或16个通道。TDM端口可以作为主机或从机工作，支持非脉冲和脉冲模式。

控制端口

支持2线I2C模式或4线SPI模式，用于设置器件的内部寄存器。I2C和SPI模式均允许读写寄存器，全部寄存器均为8位宽，寄存器起始地址为0x00，结束地址为0x1A。使用ADDR1和ADDR0引脚，可将7位I2C器件地址设置为四个可能的选项之一。

典型应用与注意事项

典型应用

ADAU1979适用于汽车音频系统和有源噪声消除系统等。在汽车音频系统中，其高性能的音频转换和处理能力能够提供清晰、高质量的音频体验；在有源噪声消除系统中，可有效采集和处理音频信号，实现噪声的消除。

注意事项

• ESD防范：ADAU1979是ESD（静电放电）敏感器件，应采取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。
• 电源去耦：电源引脚需进行适当的去耦处理，以降低噪声干扰，确保器件的稳定工作。
• PLL设置：PLL的设置需要根据具体的输入时钟频率进行编程，建议先禁用PLL，用新设置重新编程，再重新使能。

ADAU1979以其卓越的性能和丰富的功能，为电子工程师在音频系统设计中提供了一个强大的工具。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择和配置该器件，以充分发挥其优势，实现高质量的音频信号处理。你在使用类似的模数转换器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。