深入剖析AD1938：高性能音频编解码器的技术奥秘

在音频处理领域，高性能的编解码器是实现优质音频体验的关键。AD1938作为一款出色的单芯片编解码器，为音频系统设计带来了诸多优势。今天，我们就来深入剖析AD1938的特点、性能及应用。

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一、AD1938概述

AD1938是一款高性能单芯片编解码器，集成了四个模拟 - 数字转换器（ADC）和八个数字 - 模拟转换器（DAC）。它采用了ADI公司专利的多位Σ - Δ架构，具备SPI端口，方便微控制器调整音量和其他参数。该芯片采用3.3V数字和模拟电源供电，有48引脚（单端输出）LQFP封装，其家族还有差分DAC输出和I2C控制端口版本。

二、关键特性

2.1 时钟与低EMI设计

• PLL时钟生成：支持PLL生成或直接使用主时钟，可从LR时钟或外部晶体获取主时钟，消除了对单独高频主时钟的需求，还能配合抑制位时钟使用。
• 低EMI设计：系统和电路设计架构都考虑了低EMI因素。DAC和ADC采用最新的ADI连续时间架构，进一步降低EMI。使用3.3V电源，降低功耗和辐射。

2.2 高性能指标

• 动态范围和SNR：DAC动态范围可达108dB，ADC可达107dB，THD + N低至 - 94dB。
• 采样率和位宽：支持24位和8kHz至192kHz的采样率，满足不同音频应用需求。
• 其他特性：具有对数音量控制和自动斜坡功能，SPI可控，软件可控制无咔嗒声静音和软件掉电功能。支持多种数据格式和模式，包括右对齐、左对齐、I2S对齐和TDM模式，以及主从模式下的多达16通道输入/输出。

三、性能规格

3.1 模拟性能

• ADC性能：分辨率为24位，在不同条件下动态范围表现出色，如无滤波器时RMS可达98 - 102dB，A加权滤波器下RMS可达100 - 105dB。总谐波失真 + 噪声在 - 1dBFS时低至 - 96dB。
• DAC性能：动态范围同样优秀，无滤波器RMS为98 - 104dB，A加权滤波器RMS为100 - 106dB，A加权滤波器平均可达108dB。单端版本在不同通道运行时，总谐波失真 + 噪声表现良好。

3.2 数字输入/输出和电源规格

• 数字输入/输出：在 - 40°C至 + 125°C温度范围内，满足特定的电压和电流要求，如高电平输入电压、低电平输入电压等。
• 电源规格：电源电压为3.0 - 3.6V，不同工作模式下的数字和模拟电流不同，正常工作时数字电流在48kHz采样率下为56mA，掉电模式下电流大幅降低。

四、工作原理

4.1 ADC工作原理

AD1938有四个ADC通道，配置为两个立体声对，采用差分输入。ADC可在48kHz、96kHz或192kHz的标称采样率下工作，内置数字抗混叠滤波器，具有79dB的阻带衰减和线性相位响应，过采样比为128。数字输出通过两个串行数据输出引脚提供，也可使用TDM模式访问多达16个通道。为获得最佳性能，ADC应从差分信号源驱动，输入引脚需进行适当的隔离处理。

4.2 DAC工作原理

DAC通道为单端、四个立体声对，提供八个模拟输出。内置数字重建滤波器，具有70dB的阻带衰减和线性相位响应，过采样比在48kHz或96kHz模式下为4，192kHz模式下为2。每个通道有独立可编程的衰减器，可在255步内以0.375dB的增量调节。数字输入通过四个串行数据输入引脚提供，也可使用TDM模式。输出引脚有1.5V的标称共模直流电平，建议使用单运放三阶外部低通滤波器去除高频噪声。

4.3 时钟信号

• PLL时钟选择：片上PLL可从LRCLK引脚或MCLKI/XI引脚参考输入采样率，默认上电时为256 × fS。不同采样率模式下，主时钟频率和实际乘法率会相应变化。
• 内部时钟设置：ADC的内部时钟为256 × fS，DAC的内部时钟根据模式不同而变化。默认情况下，片上PLL从外部时钟生成内部主时钟，也可选择直接的512 × fS主时钟，但192kHz模式下必须使用片上PLL。
• PLL控制和时钟稳定性：PLL可在PLL和时钟控制0寄存器中进行掉电操作，以确保模式切换或参考时钟不稳定时的可靠锁定。内部主时钟可在该寄存器中禁用以降低功耗，时钟启用前应保持稳定。为保证性能，应限制内部主时钟信号的时钟抖动小于300ps rms TIE。

五、应用领域

AD1938适用于多种音频应用场景，包括汽车音频系统、家庭影院系统、机顶盒和数字音频效果处理器等。其高性能和丰富的功能为这些应用提供了可靠的音频处理解决方案。

六．总结

AD1938以其卓越的性能、灵活的配置和低EMI设计，成为音频系统设计中的理想选择。电子工程师在设计音频系统时，可充分利用AD1938的特点，实现高质量的音频处理。你在使用AD1938或其他音频编解码器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。