低功耗音频DAC PCM1717：设计与应用解析

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。PCM1717作为一款完整的低成本立体声音频DAC，广泛应用于各种对成本敏感且对性能有要求的消费类应用中。本文将详细介绍PCM1717的特性、规格、引脚配置、操作模式以及应用注意事项，帮助电子工程师更好地理解和使用这款DAC。

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一、PCM1717特性概览

PCM1717具有众多出色的特性，使其在音频DAC市场中占据一席之地。

数据输入与处理

它能够接受16位或18位的输入数据，支持正常格式和 (I^{2}S) 数据格式。内部集成了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，为音频信号的处理提供了强大的支持。

高性能指标

THD + N（总谐波失真加噪声）达到 - 90dB，动态范围为96dB，信噪比为100dB，这些指标保证了高质量的音频输出。

系统时钟与电源

系统时钟可选择256fs或384fs，电源电压范围为 + 2.7V至 + 5.5V，具有较宽的适应性。

可选功能

提供软静音、数字衰减（256步）、数字去加重和多种输出模式（L、R、单声道、静音）等可选功能，满足不同应用场景的需求。

封装形式

采用小巧的SSOP - 20封装，适合空间有限的设计。

二、规格参数详解

电气特性

在 + 25°C， (+V{CC}=+V{DD}=+5V) ， (fs = 44.1kHz) ，16位输入数据， (SYSCLK = 384fs) 的条件下，PCM1717的各项规格参数表现出色。其分辨率为16 - 18位，数字输入/输出逻辑电平、电流等都有明确的规定。例如，输入逻辑高电平 (V{IH}) 为 (V{DD}) 的70%，输入逻辑低电平 (V{IL}) 为 (V{DD}) 的30%。

动态性能

在不同电源电压下，THD + N、动态范围、信噪比等动态性能指标有所不同。在 (V{CC}=+5V) ， (f = 991Hz) 时，THD + N在满量程（0dB）为 - 90dB，动态范围为96dB，信噪比为100dB；在 (V{CC}=+3V) ， (f = 991Hz) 时，THD + N在满量程（0dB）为 - 86dB，动态范围为91dB，信噪比为94dB。

数字滤波器性能

数字滤波器的通带纹波为 ± 0.17dB，阻带衰减为 - 35dB，通带为0.445fs，阻带为0.555fs，去加重误差在 (fs = 32kHz - 48kHz) 时为 - 0.2dB至 + 0.55dB，延迟时间为 (11.125/fs) 秒。

模拟输出与电源要求

模拟输出电压范围为 (V{CC}) 的62%（峰 - 峰值），负载阻抗中心电压为 (V{CC}) 的50%，电源电流 (+I{CC}+I{DD}) 为 + 2.7mA，电源电压范围为 + 2.7V至 + 5.5V，不同电源电压下的功耗也有所不同。

三、引脚配置与功能

引脚分配

PCM1717共有20个引脚，可分为数据输入接口引脚、模式控制和时钟信号引脚、操作控制和标志引脚、模拟输出功能引脚以及电源连接引脚。

• 数据输入接口引脚：LRCIN（引脚4）控制采样率时钟，DIN（引脚5）为串行数据输入，BCKIN（引脚6）为位时钟输入。
• 模式控制和时钟信号引脚：XTI（引脚1）为振荡器输入，可连接内部晶体振荡器或外部时钟；MODE（引脚14）、MD/DM0（引脚16）、MC/DM1（引脚17）、ML/MUTE（引脚18）用于模式控制；CLKO（引脚19）为振荡器缓冲输出，XTO（引脚20）为振荡器输出。
• 操作控制和标志引脚：ZERO（引脚7）为无限零检测标志，RSTB（引脚15）用于复位DAC操作。
• 模拟输出功能引脚：D/C_R（引脚8）和D/C_L（引脚13）分别为右、左声道输出放大器公共端，V_OUT_R（引脚9）和V_OUT_L（引脚12）分别为右、左声道模拟输出。
• 电源连接引脚：DGND（引脚2）为数字地，V_DD（引脚3）为数字电源（+ 5V），AGND（引脚10）为模拟地，V_CC（引脚11）为模拟电源（+ 3V）。

  绝对最大额定值

  电源电压最大为 + 6.5V， (+V{CC}) 与 (+V{DD}) 差值最大为 ± 0.1V，输入逻辑电压范围为 - 0.3V至 ((V{DD}+0.3V)) ，功率耗散最大为200mW，工作温度范围为 - 25°C至 + 85°C，存储温度范围为 - 55°C至 + 125°C，引脚焊接温度（5s）最大为 + 260°C，热阻 (θ{JA}) 为 + 70°C/W。

四、操作模式

PCM1717可以通过软件模式或硬件模式进行控制。

硬件模式

由引脚15、16、17和18上的逻辑电平控制，可控制软静音、数字去加重和禁用功能。

• 软静音（引脚18）：低电平强制两个声道静音，高电平允许正常操作。
• 数字去加重（引脚16和17）：作为两位并行寄存器控制去加重模式，不同的电平组合对应不同的去加重频率。
• 复位模式（引脚15）：低电平将数字滤波器、调制器和模式控制置于复位（禁用）模式，输出强制为 (V_{CC}/2) ；高电平初始化所有DAC功能，允许正常操作。

  软件模式

  使用引脚16、17和18上的三线接口，通过16位串行寄存器控制操作。共有四个寄存器，由位9和10确定使用哪个寄存器。

• 寄存器0：控制左声道衰减，位0 - 7确定衰减水平，位8控制衰减数据加载。
• 寄存器1：控制右声道衰减，位0 - 7控制衰减水平。
• 寄存器2：控制软静音、数字去加重、禁用和无限零检测。位0用于软静音，位1和2控制数字去加重，位3和4控制无限零检测功能。
• 寄存器3：选择I/O数据格式，位0控制输入数据格式，位1选择LRCIN极性，位2选择输入字长，位3作为衰减控制，位4 - 7确定输出格式。

五、应用注意事项

系统时钟

系统时钟必须为256fs或384fs，可使用晶体振荡器或外部时钟输入。系统时钟检测电路会自动检测时钟频率，应与LRCIN时钟同步，若不同步，PCM1717可内部补偿相位差。

数据接口格式

支持正常和 (I^{2}S) 数据格式，正常格式为MSB优先、二进制补码、右对齐， (I^{2}S) 数据与飞利浦串行数据协议兼容。

复位

具有内部上电复位电路和RSTB引脚（引脚15），内部上电复位在 (V{DD}>2.2V) （典型值）时自动初始化，RSTB引脚接受外部强制复位，复位期间DAC输出无效，模拟输出强制为 (V{CC}/2) 。

电源连接

PCM1717有数字和模拟两个电源连接，为避免闩锁条件，建议数字和模拟电源有公共连接；若使用单独电源，上电期间两者差值必须小于0.6V。

延迟时间

Delta - Sigma转换器存在有限的延迟时间，PCM1717的延迟时间由FIR滤波器阶数和采样率决定，计算公式为 (T{D}=11.125×1/f{S}) 。对于一些专业应用，如演播室广播音频，总延迟时间应小于2ms。

输出滤波

为测试目的，所有动态测试使用20kHz低通滤波器，该滤波器限制了THD + N等指标的测量带宽。

PCM1717以其丰富的特性、出色的性能和灵活的操作模式，为电子工程师在音频设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置PCM1717的各项参数，注意电源连接、时钟同步等问题，以充分发挥其性能优势。你在使用PCM1717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。