高性能低成本立体声A/D转换器PCM1808 - Q1详解

在电子设计领域，音频信号的数字化处理至关重要。今天，我们来深入了解一款高性能、低成本的单芯片立体声模拟 - 数字转换器——PCM1808 - Q1。

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一、产品概述

PCM1808 - Q1专为汽车应用而设计，采用单端模拟电压输入，具备24位的分辨率，支持8kHz - 96kHz的采样率。它运用了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，能够有效去除输入信号的直流分量。该芯片支持主从模式以及两种串行音频接口的数据格式，还能通过停止系统时钟实现电源关闭和复位功能。

二、产品特性

（一）高性能指标

1. THD + N（总谐波失真加噪声）：典型值为 - 93dB，展现了其在抑制谐波失真和噪声方面的出色能力，能为音频信号的高质量转换提供保障。
2. SNR（信噪比）：典型值达到99dB，高信噪比意味着信号中的有用信息占比高，能够更准确地还原音频信号。
3. 动态范围：典型值为99dB，宽广的动态范围使得它可以处理从微弱到强烈的各种音频信号。

（二）过采样抽取滤波器

1. 过采样频率：×64，通过高倍数的过采样，能够提高采样精度，减少量化噪声。
2. 通带纹波：±0.05dB，保证了在通带内信号的稳定性。
3. 阻带衰减： - 65dB，有效抑制了阻带内的干扰信号。
4. 片上高通滤波器：在48kHz采样率下为0.91Hz，可去除输入信号中的直流分量。

（三）灵活的PCM音频接口

1. 主从模式可选：可根据实际应用需求，灵活选择主模式或从模式。在主模式下，PCM1808 - Q1为串行音频数据通信提供时序；在从模式下，它接收来自外部控制器的数据传输时序。
2. 数据格式多样：支持24位I2S和24位左对齐两种数据格式，满足不同系统的接口要求。

（四）其他特性

1. 电源管理：可通过停止系统时钟实现电源关闭和复位功能，方便进行低功耗设计。
2. 抗混叠低通滤波器：内部集成模拟抗混叠低通滤波器，减少了外部电路的设计复杂度。
3. 宽采样率范围：支持8kHz - 96kHz的采样率，适应不同音频应用的需求。

三、电气特性

（一）绝对最大额定值

在使用PCM1808 - Q1时，需要注意其绝对最大额定值，如模拟电源电压范围为 - 0.3V至6.5V，数字电源电压范围为 - 0.3V至4V等。超出这些额定值可能会对芯片造成永久性损坏。

（二）推荐工作条件

为了确保芯片的正常工作和性能，推荐模拟电源电压为4.5 - 5.5V，数字电源电压为2.7 - 3.6V等。在这些条件下，芯片能够发挥出最佳性能。

（三）电气性能指标

1. 分辨率：24位，保证了高精度的音频转换。
2. 动态性能：如THD + N、SNR、动态范围等指标，在不同的采样率和输入信号条件下都有出色的表现。
3. 通道分离度：在不同采样率下，通道分离度都能达到较高水平，减少了声道之间的串扰。

四、引脚功能

PCM1808 - Q1采用14引脚TSSOP封装，各引脚功能明确，例如：

1. AGND（引脚2）：模拟地。
2. BCK（引脚8）：音频数据位时钟输入/输出。
3. DOUT（引脚9）：音频数据数字输出。
4. SCKI（引脚6）：系统时钟输入，支持256 (f{S}) 、384 (f{S}) 和512 (f_{S}) 三种系统时钟频率。

五、系统时钟与工作模式

（一）系统时钟

PCM1808 - Q1支持256 (f{S}) 、384 (f{S}) 和512 (f{S}) 作为系统时钟，其中 (f{S}) 为音频采样频率。在从模式下，芯片能自动检测系统时钟频率；在主模式下，需通过串行控制端口控制系统时钟频率。

（二）工作模式

1. 主模式：BCK和LRCK作为输出引脚，由芯片内部时钟电路控制时序，BCK频率固定为64 BCK/帧。
2. 从模式：BCK和LRCK作为输入引脚，支持64 - BCK/帧或48 - BCK/帧格式（仅适用于384 - (f_{S}) 系统时钟）。

六、功能特性

（一）淡入淡出功能

PCM1808 - Q1在DOUT引脚具备淡入淡出功能，可避免爆音。淡入淡出操作通过计算伪S形特性并进行过零检测来实现，所需时间取决于模拟输入频率。

（二）上电操作

芯片内部有上电复位电路，当数字电源 (V_{DD}) 超过2.2V（典型值）时，自动进行初始化。复位状态解除后，经过一定时间数字输出才有效，并且由于淡入操作，还需要额外的时间才能获得对应模拟输入信号的数据。

（三）时钟停止电源关闭和复位功能

通过停止SCKI引脚的时钟信号，可触发电源关闭和复位功能。复位和电源关闭在SCKI停止后4μs（最小）自动执行，释放复位和电源关闭模式需要重新提供SCKI信号。

七、串行音频数据接口

（一）接口模式

通过MD1和MD0引脚选择主从模式，具体如下：	MD1 (Pin 11)	MD0 (Pin 10)	INTERFACE MODE
Low	Low	从模式（256 (f{S}) 、384 (f{S}) 、512 (f_{S}) 自动检测）
Low	High	主模式（512 (f_{S}) ）
High	Low	主模式（384 (f_{S}) ）
High	High	主模式（256 (f_{S}) ）

（二）数据格式

通过FMT引脚选择数据格式，支持24位I2S和24位左对齐两种格式。

（三）接口时序

在主从模式下，各信号的时序参数有所不同，如BCK周期、脉冲持续时间、延迟时间等。在设计电路时，需要严格按照这些时序要求进行布局和布线，以确保数据的正确传输。

八、与数字音频系统的同步

在从模式下，PCM1808 - Q1需要LRCK与系统时钟SCKI同步。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内部操作将停止，数字输出强制为零数据，直到重新建立同步。

PCM1808 - Q1以其高性能、低成本和灵活的接口特性，在音频处理领域具有广泛的应用前景。各位电子工程师在实际设计中，需要根据具体需求合理选择工作模式和参数，以充分发挥该芯片的优势。大家在使用PCM1808 - Q1的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。