探索ADAU7112：立体声PDM到I2S/TDM转换器的卓越性能

在电子设备不断发展的今天，音频处理技术也在持续进步。ADAU7112作为一款立体声PDM到I2S/TDM转换器，为音频处理带来了新的解决方案。本文将深入剖析ADAU7112的特性、应用及工作原理，希望能为电子工程师们在音频设计方面提供有价值的参考。

文件下载：ADAU7112.pdf

一、ADAU7112的特性亮点

1. 音频输入与处理能力

• PDM音频输入：具备2通道的PDM音频输入，可直接连接数字麦克风，为音频采集提供了便利。
• 高分辨率与低噪声：24位分辨率能够支持高声压级（SPL）麦克风，同时拥有126 dB的A加权信噪比，确保了高质量的音频处理。
• 灵活的采样率：输出采样率范围为4 kHz至96 kHz，并且支持64×、128×、192×、256×、384×或512×输出采样率的位时钟速率，满足不同应用场景的需求。

2. 电源管理与节能特性

• 自动时钟生成与电源管理：能够自动生成PDM时钟，并且在移除BCLK时自动进入掉电状态，有效降低功耗。
• 低工作电流：在48 kHz采样率和1.8 V电源下，DVDD工作电流仅为0.36 mA，典型DVDD关机电流为4 μA，展现了出色的节能性能。

3. 输出接口与配置灵活性

• I2S/TDM输出接口：支持从I2S或TDM输出接口输出音频数据，最高支持TDM - 16，并且TDM插槽可配置，方便与不同的音频系统集成。
• 宽电压范围：I/O电源电压范围为1.70 V至3.63 V，DVDD核心电源电压范围为1.10 V至1.98 V，增强了设备的适应性。

二、应用领域广泛

ADAU7112的特性使其在多个领域都有出色的表现，包括移动计算、便携式电子设备、消费电子和专业电子设备等。在这些应用中，它能够将立体声脉冲密度调制（PDM）位流转换为脉冲编码调制（PCM）输出流，为音频系统提供高质量的音频处理。

三、技术规格详解

1. 电气参数

• 数字输入输出：输入电压高电平（VIH）为0.7 × IOVDD，低电平（VIL）为0.3 × IOVDD；输出电压高电平（VOH）为0.85 × IOVDD，低电平（VOL）为0.1 × IOVDD。
• 动态范围与信噪比：动态范围为126 dB（20 Hz至20 kHz，−60 dB输入，A加权滤波器，rms，相对于0 dBFS输出），信噪比为126 dB（A加权滤波器，五阶输入，相对于0 dBFS输出）。
• 时钟参数：输出采样率（fS）范围为4 kHz至96 kHz，位时钟频率（fBCLK）范围为0.256 MHz至24.576 MHz，PDM_CLK频率（fPDM_CLK）范围为0.256 MHz至6.144 MHz。

2. 时序规格

• 串行端口时序：包括FSYNC频率、周期，BCLK频率、周期，以及相关的建立时间、保持时间和数据延迟等参数，确保了数据传输的准确性。
• PDM输入时序：数据建立时间为9 ns，数据保持时间为3 ns，保证了PDM数据的正确采集。

3. 绝对最大额定值

• 电压与温度范围：DVDD至GND最大为1.98 V，IOVDD至GND最大为3.63 V；最大工作环境温度范围为−40°C至+85°C，结温范围为−65°C至+165°C，存储温度范围为−65°C至+150°C。
• 静电放电（ESD）：ESD敏感度为4.5 kV，使用时需注意静电防护。

四、工作原理与操作要点

1. 音频转换原理

ADAU7112将1位PDM源的音频数据进行64×下采样，转换为24位PCM音频输出。输入源可以是任何具有从PDM输出的设备，如数字麦克风，其输出引脚可直接连接到ADAU7112的输入引脚。

2. 上电与初始化

• 电源要求：需要IOVDD和DVDD两个电源，可同时供电，若不同时供电，需先提供IOVDD，再提供DVDD。
• 初始化过程：电源稳定后，设备初始化并准备接收I2S时钟。初始化完成并施加I2S时钟后，经过16个完整的帧同步周期开始发送PDM时钟，再经过48个帧同步周期，PDM数据可在SDATA引脚获取。

3. 时钟管理

• 时钟要求：BCLK速率至少为帧同步（FSYNC）采样率的64×，支持128×、192×、256×、384×和512× FSYNC速率。
• 时钟变化处理：在正常操作中，若移除位时钟或帧同步信号，ADAU7112会自动进入低功耗状态；时钟恢复后，重新锁定信号并调整PDM_CLK输出，通常需要4帧 ± 1帧来锁定输入信号。

4. 电源掉电状态

通过停止发送到设备的帧和位时钟，可将ADAU7112置于掉电状态；恢复发送时钟即可退出掉电模式。

5. 串行音频输出接口

• 输出格式：支持I2S和TDM串行输出格式，最高支持TDM - 16，但只能将数据放置在前八个插槽中。
• 配置选项：通过CONFIG引脚可将内部通道对路由到四个不同的输出插槽对，不同的配置对应不同的TDM数据放置方式。

五、应用电路与注意事项

1. 应用电路示例

文档中给出了一个使用两个PDM源的示例应用电路，并详细说明了如何设置CONFIG引脚以实现可选的数据格式。

2. PCB设计注意事项

为降低PCB制造成本，大多数常见配置不需要过孔焊盘。CONFIG引脚可悬空，或通过顶层PCB走线连接到附近的IOVDD引脚或GND引脚。仅在需要上拉或下拉电阻时才需要过孔焊盘。

六、总结

ADAU7112作为一款高性能的立体声PDM到I2S/TDM转换器，凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和灵活的配置选项，为电子工程师在音频设计方面提供了强大的工具。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求合理设置参数，注意电源管理和时钟配置，以充分发挥ADAU7112的性能优势。同时，要注意静电防护和PCB设计的细节，确保设备的稳定性和可靠性。大家在使用ADAU7112的过程中，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。