德州仪器PCM1691音频DAC：高性能音频转换的理想之选

在音频处理领域，数字到模拟转换器（DAC）的性能直接影响着音频质量。德州仪器（TI）的PCM1691就是一款具有卓越性能的24位、192kHz采样、增强多级ΔΣ八通道音频DAC。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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产品概述

PCM1691是一款针对消费音频应用的高性能多通道DAC，适用于蓝光光盘播放器、DVD播放器、家庭多声道音频系统（如家庭影院系统和AV接收器）等。它采用单端输出配置，支持16/20/24/32位线性PCM输入数据，涵盖了I²S、左对齐、右对齐、DSP和TDM等多种音频格式，采样频率范围从8kHz到192kHz。其中，TDM格式对于节省DAC与数字音频处理器之间多声道音频数据通信的接口总线数量非常有用。该产品提供了两种软件控制模式（两线I²C和三线SPI）和一种硬件控制模式。

产品特性

高性能DAC

• 24位8通道设计：采用增强多级ΔΣ调制器，在单端输出模式下，(f_{S}=48kHz)时，总谐波失真加噪声（THD + N）低至 -94dB，信噪比（SNR）高达111dB，动态范围达111dB。
• 宽采样率范围：支持8kHz到192kHz的采样率，系统时钟频率可选128 (f{S})、192 (f{S})、256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})、768 (f{S})、1152 (f_{S})。
• 单端电压输出：输出电压为4 (V_{PP})，内置模拟低通滤波器，4x/8x过采样数字滤波器，通带纹波仅 ±0.0018dB，阻带衰减达 -75dB，还具备零标志（16/20/24位）。

灵活的音频接口

支持I²S、左/右对齐、DSP、TDM等多种接口格式，数据长度可选16、20、24、32位。

灵活的模式控制

可通过三线SPI或两线I²C兼容的串行控制接口进行软件控制，也支持硬件控制。通过SPI或I²C接口可实现音频接口格式选择、数字衰减、软静音、数字去加重、数据极性控制和电源关断等功能；硬件控制可实现音频接口格式选择和44.1kHz数字去加重滤波器功能。

其他特性

• 模拟静音：通过时钟停止检测实现模拟静音。
• 外部复位引脚：方便进行复位操作。
• 电源供应：采用5V模拟电源和3.3V数字电源。
• 封装形式：HTSSOP - 48封装。
• 工作温度范围： -40°C到 +85°C。

电气特性

数字输入/输出

• 数据格式：音频数据接口格式多样，数据字长可选16、20、24、32位，采用MSB优先、二进制补码格式。
• 输入逻辑：不同引脚的输入逻辑电平有明确要求，输入逻辑电流也有相应规定。
• 输出逻辑：特定引脚的输出逻辑电平有具体数值。
• 参考输出：VCOM输出电压为0.5 × VCC1，输出阻抗为7.5kΩ，允许的源/灌电流为1µA。

DAC特性

• 分辨率：16 - 24位。
• 直流精度：通道间增益失配和增益误差在 ±2.0% - ±6.0% FSR之间，双极性零误差在 ±1.0% FSR以内。
• 动态性能：在不同采样频率下，THD + N、动态范围和SNR表现出色，通道分离度高。
• 模拟输出：单端输出电压为0.8 × VCC1 (V_{PP})，中心电压为0.5 × VCC1，负载阻抗为5kΩ，LPF频率响应在不同频率下有相应衰减。
• 数字滤波器性能：根据不同的系统时钟频率，通带和阻带频率有所不同，通带纹波和阻带衰减也有明确指标。

电源供应要求

• 电压范围：模拟电源VCC1/2为4.5 - 5.5V，数字电源VDD为3.0 - 3.6V。
• 供应电流：不同采样频率下的供应电流不同，全功率关断时电流大幅降低。
• 功率耗散：不同采样频率下的功率耗散也有所差异，全功率关断时功率耗散极低。

引脚配置与功能

PCM1691的HTSSOP - 48封装引脚具有明确的功能，包括音频数据输入、时钟输入、电源引脚、控制引脚和模拟输出引脚等。例如，LRCK为音频数据字时钟输入，BCK为音频数据位时钟输入，DIN1 - 4为音频数据输入，VOUT1 - 8为模拟输出。

典型特性

文档中给出了数字滤波器、数字去加重滤波器、动态性能和输出频谱等方面的典型特性图，这些特性图有助于工程师了解产品在不同条件下的性能表现。

应用信息

模拟输出

PCM1691的单端输出能够驱动5kΩ交流耦合负载，输出放大器内置RC连续时间滤波器，但为了达到更好的带外噪声抑制效果，通常需要外部低通滤波器。

电压参考VCOM

VCOM引脚用于输出共模电压，应通过去耦电容连接到模拟地，也可用于偏置外部高阻抗电路。

系统时钟输入

PCM1691需要外部系统时钟输入，系统时钟频率为采样频率的整数倍，不同采样频率对应不同的系统时钟频率，同时对系统时钟的周期、高电平和低电平宽度以及占空比有一定要求。

采样模式

支持单速率、双速率和四速率三种采样模式，默认根据系统时钟频率和采样频率的比例自动选择，也可通过串行模式控制寄存器手动选择。不同采样模式下，数字滤波器和ΔΣ调制器的过采样率和无噪声整形带宽有所不同。

复位操作

PCM1691具有内部上电复位电路和外部复位电路，内部上电复位在VDD超过2.2V时自动触发，经过3846个SCKI时钟周期后释放。

总结

PCM1691凭借其高性能、灵活的接口和控制模式，以及丰富的功能特性，成为消费音频应用中理想的DAC选择。工程师在设计音频系统时，可以根据具体需求充分利用PCM1691的各项特性，实现高质量的音频转换。你在使用类似DAC产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。