探索PCM1717：低成本立体声数模转换器的卓越之选

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。今天，我们就来深入了解一款备受关注的低成本立体声数模转换器——PCM1717。

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一、PCM1717概述

PCM1717是一款功能完备的低成本立体声音频数模转换器，采用了先进的0.6µ CMOS工艺制造。它集成了数字插值滤波器、三阶delta - sigma DAC以及模拟输出放大器，能够接受16位或18位的正常输入数据格式，也支持16位或18位的 (I^{2}S) 数据格式。

（一）主要特性

1. 高性能指标：总谐波失真加噪声（THD + N）低至 - 90dB，动态范围高达96dB，信噪比（SNR）达到100dB，能为用户带来出色的音频体验。
2. 系统时钟灵活：支持256fs或384fs的系统时钟，其中fs为音频采样频率，常见的采样频率如32kHz、44.1kHz或48kHz都能适配。
3. 宽电源范围：电源电压范围为 + 2.7V至 + 5.5V，具有良好的电源适应性，能满足不同应用场景的需求。
4. 可选择功能丰富：具备软静音、数字衰减（256步）、数字去加重等功能，输出模式可选择左声道（L）、右声道（R）、单声道（Mono）或静音（Mute）。
5. 小封装设计：采用SSOP - 20封装，体积小巧，有利于节省电路板空间，适用于对空间要求较高的设备。

（二）应用场景

由于其低成本、小尺寸和单 + 5V电源供电的特点，PCM1717非常适合各种对成本敏感且需要良好性能的消费类应用，如汽车CD播放器、书架式CD播放器、BS调谐器、键盘、MPEG音频、MIDI应用、机顶盒、CD - ROM驱动器、CD - Interactive和CD - Karaoke系统等。

二、技术规格剖析

（一）数字输入输出

逻辑电平方面，输入逻辑高电平 (V{IH}) 为 (V{DD}) 的一定比例（如70%、64%等），输入逻辑低电平 (V{IL}) 为 (V{DD}) 的一定比例（如30%、28%等）。输入逻辑电流也有相应规定，不同引脚的电流值有所不同。输出逻辑电平在 (+V{DD}= + 5V) 时， (V{OH}) 在特定输出电流下为3.8V， (V_{OL}) 在特定输出电流下为1.0V。数据格式支持16/18位MSB（最高有效位）优先的二进制补码格式，采样频率支持32kHz、44.1kHz和48kHz，系统时钟频率则根据采样频率有对应的取值。

（二）直流精度

增益误差和通道间增益失配在一定范围内，分别为 ± 1.0%至 ± 5.0%的满量程范围（FSR）。双极性零误差在特定条件下为 ± 30mV。

（三）动态性能

在不同电源电压（如 (V{CC}= + 5V) 和 (V{CC}= + 3V) ）和输入频率（如991Hz）下，THD + N、动态范围、信噪比和通道分离度等指标都有良好的表现。例如，在 (V_{CC}= + 5V) 、 (f = 991Hz) 时，FS（0dB）处的THD + N为 - 90dB，动态范围为96dB，信噪比为100dB。

（四）数字滤波器性能

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) 至48kHz范围内为 - 0.2dB至 + 0.55dB，延迟时间为 (11.125/fs) 秒。

（五）模拟输出

输出电压范围在FS（0dB）时为 (V{CC}) 的62% （峰 - 峰值），负载阻抗中心电压为 (V{CC}) 的50%，负载阻抗为5kΩ。

（六）电源要求

电源电压范围为 + 2.7V至 + 5.5V，不同电源电压下的电源电流和功耗也有相应的规定。例如，在 (+V{CC}= +V{DD}= + 5V) 时，电源电流为 + 2.7mA，功耗为90mW；在 (+V{CC}= +V{DD}= + 3V) 时，功耗为27mW。

（七）温度范围

工作温度范围为 - 25°C至 + 85°C，存储温度范围为 - 55°C至 + 100°C。

三、引脚配置与功能

PCM1717共有20个引脚，不同引脚承担着不同的功能，下面为大家详细介绍：

（一）数据输入接口引脚

• LRCIN（引脚4）：采样率时钟输入，用于控制更新率（fs）。
• DIN（引脚5）：串行数据输入，采用MSB优先、右对齐（索尼格式）或 (I^{2}S) （飞利浦）格式，包含16位或18位数据帧。
• BCKIN（引脚6）：位时钟输入，用于同步DIN输入的数据。

（二）模式控制和时钟信号引脚

• XTI（引脚1）：振荡器输入（外部时钟输入），若使用内部时钟，将XTI连接到晶体振荡器的一侧；若使用外部时钟，将XTI连接到所选外部时钟的输出。
• MODE（引脚14）：操作模式选择，高电平为软件模式，低电平为硬件模式。
• MD/DM0（引脚16）、MC/DM1（引脚17）、ML/MUTE（引脚18）：不同模式下用于控制数据输入、去加重、选通时钟或静音等功能。
• CLKO（引脚19）：振荡器的缓冲输出，与XTI等效。
• XTO（引脚20）：振荡器输出，使用内部时钟时，连接到晶体振荡器与引脚1相对的一侧；使用外部时钟时，此引脚悬空。

（三）操作控制和标志引脚

• ZERO（引脚7）：无限零检测标志，开漏输出，当零检测功能使输出静音时，ZERO为低电平；当有非零输入数据时，ZERO处于高阻态；当输入数据连续65536个BCKIN周期为零时，ZERO将变为低电平。
• RSTB（引脚15）：复位引脚，低电平脉冲可重置DAC操作。

（四）模拟输出功能引脚

• D/C_R（引脚8）：右声道输出放大器公共端，需通过10µF电容接地进行旁路。
• V_OUT_R（引脚9）：右声道模拟输出，最大输出电压为 (0.62 × V_{CC}) 。
• V_OUT_L（引脚12）：左声道模拟输出，最大输出电压为 (0.62 × V_{CC}) 。
• D/C_L（引脚13）：左声道输出放大器公共端，需通过10µF电容接地进行旁路。

（五）电源连接引脚

• DGND（引脚2）：数字接地。
• V_DD（引脚3）：数字电源（ + 5V）。
• AGND（引脚10）：模拟接地。
• V_CC（引脚11）：模拟电源（ + 3V）。

四、系统时钟与数据接口

（一）系统时钟

PCM1717的系统时钟必须为256fs或384fs，可采用晶体振荡器（连接在XTI和XTO之间）或外部时钟输入到XTI。系统时钟检测电路能自动识别时钟频率，且系统时钟应与LRCIN时钟同步，若不同步，PCM1717可在内部补偿相位差，但相位差过大时，同步过程中模拟输出将被强制为双极性零电平的直流电平。

（二）数据接口

数据接口通过LRCIN、DIN和BCKIN引脚实现，支持正常和 (I^{2}S) 两种数据格式。正常数据格式为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，在软件控制模式下可选择16位或18位数据，而在硬件模式下只能处理16位正常数据。

五、复位功能

PCM1717具备内部上电复位电路和RSTB引脚复位功能。内部上电复位在 (V{DD}>2.2V) （典型值）时自动初始化，复位期间DAC输出无效，模拟输出被强制为 (V{CC} / 2) 。RSTB引脚接受外部强制复位，低电平时DAC输出无效，在内部初始化（RSTB变为高电平后经过1024个系统时钟周期）后，模拟输出被强制为 (V_{CC} / 2) 。

六、操作控制模式

（一）硬件模式

通过引脚15、16、17和18的逻辑电平控制，可实现软静音、数字去加重和复位功能。软静音引脚（引脚18）低电平时，两声道静音；高电平时，正常工作。数字去加重通过引脚16和17的两位并行寄存器控制不同的去加重模式。复位引脚（引脚15）低电平时，数字滤波器、调制器和模式控制进入复位（禁用）模式，输出被强制为 (V_{CC} / 2) ；高电平时，所有DAC功能初始化，正常工作。

（二）软件模式

采用三线接口（引脚16、17和18），通过四个不同的寄存器控制各种功能。

• 寄存器0：控制左声道衰减，通过设置特定的位来确定衰减电平。
• 寄存器1：控制右声道衰减。
• 寄存器2：控制软静音、数字去加重、禁用和无限零检测功能，不同的位组合对应不同的功能状态。
• 寄存器3：选择I/O数据格式，包括输入数据格式、LRCIN极性、输入字长、衰减控制和输出格式等。

七、电源连接与工作原理

（一）电源连接

PCM1717有数字（ (V{DD}) ）和模拟（ (V{CC}) ）两个电源连接，且各有独立的接地引脚。为避免电源开启时间不同导致的闩锁现象，建议数字和模拟电源采用公共连接；若使用独立电源且无公共连接，上电期间两电源的压差必须小于0.6V。同时，电源应尽可能靠近器件进行旁路处理。

（二）工作原理

其delta - sigma部分基于5级幅度量化器和三阶噪声整形器，将过采样的输入数据转换为5级delta - sigma格式。结合内部的8倍插值滤波器，在384fs系统时钟下，过采样率为 (48f{S}) ；在256fs系统时钟下，过采样率为 (64f{S}) 。

八、应用注意事项

（一）延迟时间

delta - sigma转换器存在延迟时间，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，总延迟时间需小于2ms。

（二）内部复位

上电后，经过1024个XTI时钟周期会自动进行复位操作。在这1024个时钟周期内，无法进行软件编程；之后，ML引脚的低电平可启动编程。

（三）输出滤波

为测试目的，所有动态测试均使用20kHz低通滤波器，该滤波器限制了THD + N等参数的测量带宽。

总之，PCM1717以其丰富的特性、灵活的控制方式和良好的性能，为音频处理应用提供了一个可靠且低成本的解决方案。在实际设计中，电子工程师们需要根据具体的应用需求，合理配置PCM1717的各项参数，以充分发挥其优势。大家在使用PCM1717的过程中，是否也遇到过一些有趣的问题或有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流！