PCM1710U立体声音频数模转换器：技术剖析与应用指南

在音频处理领域，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它将数字音频信号转换为模拟音频信号，直接影响着音频的质量和性能。PCM1710U作为一款优秀的立体声音频数模转换器，具有诸多卓越特性，适用于各种音频应用场景。本文将深入剖析PCM1710U的技术特点、性能参数、引脚配置以及应用注意事项，为电子工程师们提供全面的设计参考。

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一、PCM1710U的特性亮点

1. 完整的立体声DAC

PCM1710U集成了8倍过采样数字滤波器、多级Delta - Sigma DAC、模拟低通滤波器和输出放大器，构成了一个完整的立体声DAC解决方案。这种集成化设计不仅简化了电路设计，还提高了音频处理的效率和性能。

2. 高性能指标

该转换器拥有出色的性能指标，如 - 92dB的总谐波失真加噪声（THD + N）、98dB的动态范围和110dB的信噪比（SNR），能够提供高质量的音频输出，满足大多数音频应用的需求。

3. 灵活的输入数据格式

PCM1710U可以接受16位或20位的输入数据，支持正常格式和IIS格式，为不同的音频系统提供了灵活的接口选择。

4. 单 + 5V电源供电

单 + 5V电源供电的设计使得PCM1710U在功耗和成本方面具有优势，同时也方便了电路的设计和布局。

5. 片上数字滤波器功能

片上数字滤波器具备软静音、数字衰减、去加重和双速复制模式等特殊功能，为音频处理提供了更多的灵活性和控制选项。

6. 小型28引脚SOIC封装

小型28引脚SOIC封装使得PCM1710U占用的电路板空间较小，适合在空间有限的应用中使用。

二、性能参数详解

1. 分辨率

PCM1710U的分辨率范围为16 - 20位，用户可以根据实际需求选择合适的分辨率。

2. 数字输入逻辑

输入逻辑电平方面，除XTI外，VIH为2.0VDC，VIL为0.8VDC；XTI的VIH为3.2VDC，VIL为1.4VDC。输入逻辑电流也有相应的规定，这些参数确保了数字输入信号的稳定性和可靠性。

3. 采样频率和系统时钟频率

采样频率支持32kHz、44.1kHz和48kHz，系统时钟频率有256fs和384fs两种选择，不同的组合可以满足不同音频应用的需求。

4. 直流精度

增益误差、通道间增益失配、双极零误差和增益漂移等直流精度参数都有严格的规定，保证了音频输出的准确性和稳定性。

5. 动态性能

在动态性能方面，THD + N在不同条件下有不同的表现，动态范围和信噪比也达到了较高的水平，通道分离度良好，这些参数共同保证了音频的高质量输出。

6. 数字滤波器性能

数字滤波器在正常模式和双速模式下的通带纹波、阻带衰减和去加重误差等参数都有详细的规定，确保了数字滤波器的性能稳定。

7. 模拟输出

模拟输出电压范围为5Vp - p，负载阻抗为3.2kΩ，中心电压为 + 1/2VCC，这些参数决定了模拟输出的特性。

8. 电源供应要求

电源电压范围为 + 4.5 - + 5.5VDC，供应电流在不同条件下有相应的规定，同时对工作温度和存储温度范围也有明确的要求。

三、引脚配置与功能

1. 输入接口引脚

LRCIN为采样率时钟输入，控制更新速率；DIN为串行数据输入，采用MSB优先、右对齐格式；BCKIN为位时钟输入，用于时钟同步。

2. 模式控制和时钟信号引脚

CLKO为振荡器的缓冲输出，等效于fs；XTI为振荡器输入，可连接内部或外部时钟；XTO为振荡器输出；CKSL用于系统时钟选择；MODE用于操作模式选择；MUTE用于静音控制；MD/DM1、MC/DM2和ML/DSD用于模式控制。

3. 模拟功能引脚

VOUT R和VOUT L分别为右声道和左声道的模拟输出。

4. 电源供应连接引脚

DGND为数字地，VDD为数字电源（ + 5V），VCC 2R和VCC 2L分别为右声道和左声道的模拟电源（ + 5V），AGND和AGND2R、AGND2L为模拟地。

四、工作模式与控制

1. 串行/并行模式选择

通过MODE引脚可以选择串行模式或并行模式。在串行模式下，可以通过MD、MC和ML引脚控制各种功能；在并行模式下，使用DM1、DM2和DSD引脚进行控制。

2. 可选功能

在串行模式下，几乎所有功能都可以选择，包括输入数据格式、输入数据位、输入LRCI极性、去加重控制、静音、衰减和双速复制等；而在并行模式下，只有去加重控制、静音和双速复制可以选择。

3. 并行模式下的控制

在并行模式下，去加重条件由DM1和DM2引脚的逻辑电平控制，双速复制可以通过将DSD引脚置为低电平来启用，但系统时钟必须设置为384fs。

4. 串行模式控制

在串行模式下，需要对PCM1710U进行三次单独的寻址，以设置控制各种功能的寄存器和标志。通过MC、ML和MD引脚输入时钟数据来实现控制。

5. 数字衰减

通过串行模式控制可以实现数字衰减功能，当MD引脚的第一个数据位为低时，衰减功能启用，接下来的七位定义衰减级别。

6. 模式1控制

模式1可以通过MD引脚的前三位设置为1、0、0来启用，该模式允许控制去加重、软静音和双速复制等功能。

7. 数字去加重

PCM1710U允许三种不同的采样率进行数字去加重，通过B3和B4位进行二进制控制。

8. 软静音

当B6位为高时，软静音功能启用，静音过程是逐渐的，在127/fs秒内实现完全静音。

9. 双速复制

当B7位为高时，双速复制功能启用，但该模式只能在系统时钟设置为384fs且采样率为44.1kHz时工作。

10. 模式2控制

模式2在B0为高、B1为低、B2为高时启用，该模式控制无限零检测、输入分辨率、LRCI极性和输入格式。

11. 无限零检测

B4位用于启用或禁用无限零检测功能，当数据输入连续65,536个位时钟周期为零或一时，输出将被强制为VCC的一半。

12. 输入分辨率

PCM1710U可以接受16位或20位的输入数据，通过B5位进行选择。

13. 采样率时钟极性

B6位控制采样率时钟（LRCIN）的极性。

14. 输入格式

PCM1710U的正常输入模式为MSB优先、右对齐，也可以使用IIS输入格式，通过B7位进行选择。

15. 默认模式

在初始上电时，PCM1710U的默认设置为44.1kHz的采样率、去加重关闭、静音关闭、双速复制关闭、无限零检测开启、16位输入、LRCIN左声道高和正常输入模式。

五、系统时钟与电源供应

1. 系统时钟

不同的采样频率对应不同的系统时钟频率，用户可以根据实际需求选择合适的组合。在正常模式和双速复制模式下，系统时钟频率与采样频率有特定的关系。

2. 外部系统时钟

外部系统时钟输入到XTI引脚时，需要满足一定的条件，如高电平VIH > 0.64VDD且持续时间TH > 10ns，低电平VIL > 0.28VDD且持续时间TL > 10ns。

3. 电源供应连接

PCM1710U有数字和模拟两个电源供应连接，为了避免闩锁条件，建议将数字和模拟电源供应进行公共连接。如果使用单独的电源供应，在启动期间两个电源之间的差值必须小于0.6V。

4. 电源旁路

电源供应应尽可能靠近设备进行旁路，对于需要在低电平下实现高性能的应用，可能需要在VCC1引脚提供额外的旁路电容。

六、工作原理

PCM1710U是一款过采样Delta - Sigma D/A转换器，由输入接口/衰减器、4阶多级Delta - Sigma调制器、低通滤波器和输出放大器组成。Delta - Sigma调制器基于5电平幅度量化器和4阶滤波器，将过采样的16位或20位输入数据转换为5电平Delta - Sigma格式。该调制器具有提高稳定性和抖动灵敏度的优点，结合内部8倍过采样数字滤波器，在384fs系统时钟下的组合过采样率为48fs，在256fs系统时钟下为32fs。

七、应用考虑事项

1. 16位与20位操作

在串行模式下，PCM1710U可以配置为接受16位或20位数据。使用20位数据可以在动态性能上有所提升，典型的THD + N和动态范围性能在20位数据下优于16位数据。

2. 延迟时间

Delta - Sigma转换器存在有限的延迟时间，对于一些对延迟要求较高的专业应用，如演播室广播音频，总延迟时间应小于2ms。

3. 内部复位

如果在操作过程中采样率时钟（LRCIN）停止，无限零检测电路将在65,536个位时钟周期后使输出变为VCC / 2。上电时，经过64个LRCIN周期后会自动进行复位。

4. 改变采样率

在操作过程中改变采样率时，输出数据在延迟期（TD）和随后的两个LRCIN周期内无效，之后输出将有效。

5. 输出滤波

为了获得更好的音频质量，可能需要对输出进行滤波处理，以去除不必要的噪声和干扰。

PCM1710U是一款功能强大、性能卓越的立体声音频数模转换器，在音频处理领域具有广泛的应用前景。电子工程师们在设计音频系统时，可以根据实际需求合理选择PCM1710U的工作模式和参数，充分发挥其优势，实现高质量的音频输出。你在使用PCM1710U的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。