探索PCM1808：高性能立体声ADC的卓越之选

引言

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，而ADC（模拟 - 数字转换器）则扮演着核心角色。今天，我们将深入探讨一款高性能的立体声ADC——PCM1808，它以其出色的性能和丰富的特性，在众多音频应用中展现出强大的竞争力。

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一、PCM1808概述

PCM1808是一款单芯片、立体声模拟到数字转换器，采用单端模拟电压输入。它具有24位分辨率，支持高达96kHz的采样率，适用于多种音频应用场景。其采用了delta - sigma调制器，进行64倍过采样，并集成了数字抽取滤波器和高通滤波器，可有效去除输入信号的直流分量。

二、主要特性

（一）高精度转换

• 24位分辨率：能够提供非常高的精度，满足对音频质量要求较高的应用。
• 出色的动态性能：总谐波失真加噪声（THD + N）典型值为 - 93dB，信噪比（SNR）典型值为99dB，动态范围典型值为99dB，确保了音频信号的高质量转换。

（二）灵活的音频接口

• 主从模式可选：可以根据系统需求灵活选择主模式或从模式，增强了系统设计的灵活性。
• 多种数据格式：支持24位I²S和24位左对齐两种数据格式，方便与不同的音频系统进行接口。

（三）高效的滤波器设计

• 过采样抽取滤波器：过采样频率为×64，通带纹波为±0.05dB，阻带衰减为 - 65dB，有效提高了音频信号的质量。
• 片上高通滤波器：频率为0.91Hz（48kHz采样率时），可去除输入信号中的直流分量。

（四）电源管理与控制

• 电源关闭和复位功能：通过停止系统时钟即可实现电源关闭和复位，方便系统的管理和控制。
• 双电源供电：模拟部分采用5V供电，数字部分采用3.3V供电，满足不同电路的需求。

三、应用领域

PCM1808适用于多种音频相关的应用场景，包括但不限于：

• DVD录像机：确保高质量的音频录制。
• 数字电视：提供清晰、逼真的音频效果。
• AV放大器或接收器：提升音频的播放质量。
• MD播放器、CD刻录机：满足音频录制和播放的需求。
• 多轨接收器：处理多声道音频信号。
• 电子乐器：实现音频信号的数字化处理。

四、引脚配置与功能

PCM1808采用14引脚TSSOP封装，各引脚具有明确的功能：	PIN	NAME	I/O	DESCRIPTION
1	V REF	—	参考电压去耦（= 0.5V CC ）
2	AGND	—	模拟地
3	V CC	—	模拟电源，5V
4	V DD	—	数字电源，3.3V
5	DGND	—	数字地
6	SCKI	I	系统时钟输入；256 f S ，384 f S 或512 f S
7	LRCK	I/O	音频数据锁存使能输入或输出
8	BCK	I/O	音频数据位时钟输入或输出
9	DOUT	O	音频数据数字输出
10	MD0	I	音频接口模式选择0
11	MD1	I	音频接口模式选择1
12	FMT	I	音频接口格式选择
13	V IN L	I	模拟输入，左声道
14	V IN R	I	模拟输入，右声道

五、技术规格

（一）绝对最大额定值

• 模拟电源电压（V CC ）： - 0.3V至6.5V
• 数字电源电压（V DD ）： - 0.3V至4V
• 接地电压差：±0.1V
• 数字输入电压：不同引脚有不同范围，如LRCK、BCK、DOUT为 - 0.3V至（V DD + 0.3V）< 4V，SCKI、MD0、MD1、FMT为 - 0.3V至6.5V
• 模拟输入电压： - 0.3V至（V CC + 0.3V）< 6.5V
• 输入电流（除电源引脚外）：±10mA
• 结温（T J ）：最大150°C
• 存储温度（T stg ）： - 55°C至150°C

（二）ESD额定值

• 人体模型（HBM）：±4000V
• 带电器件模型（CDM）：±1500V

（三）推荐工作条件

• 模拟电源电压（V CC ）：4.5V至5.5V
• 数字电源电压（V DD ）：2.7V至3.6V
• 模拟输入电压（满量程 - 0dB）：3Vp - p（V CC = 5V时）
• 输入逻辑电平：高电平2V至V DD ，低电平0V至0.8V
• 数字输入时钟频率：系统时钟2.048MHz至49.152MHz，采样时钟8kHz至96kHz
• 数字输出负载电容：最大20pF
• 工作环境温度范围： - 40°C至85°C
• 结温：最大150°C

（四）电气特性

• 分辨率：24位
• 音频数据接口格式：I²S、左对齐
• 音频数据位长度：24位
• 音频数据格式：MSB优先，2的补码
• 采样频率：8kHz至96kHz
• 系统时钟频率：256 f S 、384 f S 、512 f S 对应的频率范围不同
• 输入逻辑：不同引脚的高、低输入逻辑电平及电流有明确规定
• 输出逻辑：高输出逻辑电平（IOUT = - 4mA时）为2.8V，低输出逻辑电平（IOUT = 4mA时）为0.5V
• 直流精度：通道间增益失配±1%至±3% FSR，增益误差±3%至±6% FSR
• 动态性能：THD + N、动态范围、信噪比、通道分离度等指标在不同条件下有相应的数值
• 模拟输入：输入电压、中心电压、输入阻抗、抗混叠滤波器频率响应等有明确参数
• 数字滤波器性能：通带、阻带、通带纹波、阻带衰减、延迟时间、高通滤波器频率响应等都有规定
• 电源供应要求：模拟和数字电源电流在不同采样频率和工作状态下有不同的值，功耗也相应不同

（五）时序要求

PCM1808在系统时钟时序、时钟停止电源关闭和复位时序、音频数据接口时序（主从模式）、音频时钟接口时序（主模式）等方面都有严格的要求，以确保系统的正常运行。

六、设计要点与注意事项

（一）硬件控制

通过FMT、MD0和MD1引脚，可以使用上拉或下拉电阻以及数字IC的GPIO来控制设备，实现I²S或左对齐格式的切换以及接口模式的选择。

（二）系统时钟

• 支持256 f S 、384 f S 和512 f S 作为系统时钟，输入必须在SCKI引脚。
• 在从模式下，系统时钟检测电路可自动识别时钟频率；在主模式下，需通过串行控制端口（MD1和MD0）控制时钟频率。

（三）同步问题

在从模式下，PCM1808需要LRCK和SCKI同步，但不要求特定的相位关系。如果LRCK和SCKI的关系在一个采样周期内变化超过一定范围，ADC内部操作会停止，数字输出变为零数据，直到重新同步。

（四）电源管理

• 内部有上电复位电路，当电源（V DD ）超过2.2V（典型值）时自动初始化。
• 在V DD < 2.2V（典型值）以及V DD > 2.2V后的1024个系统时钟计数内，设备处于复位状态，数字输出为零。

七、总结

PCM1808以其高性能、低功耗、灵活的接口和丰富的功能，成为音频应用中一款极具竞争力的ADC。在设计过程中，工程师需要充分考虑其引脚功能、技术规格和时序要求，合理进行硬件控制和电源管理，以确保系统的稳定运行和高质量的音频处理。大家在实际应用中是否遇到过类似ADC的使用问题呢？对于PCM1808的应用，你还有哪些疑问或独特的见解呢？欢迎在评论区分享交流。