深入解析PCM1725立体声音频数模转换器

在音频设备的设计中，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它直接影响着音频的质量和性能。PCM1725作为一款经典的立体声音频DAC，以其低成本、高性能的特点，在消费音频领域得到了广泛应用。今天，我们就来深入了解一下这款PCM1725。

文件下载：PCM1725D.pdf

一、PCM1725的主要特性

1. 集成度高

PCM1725是一款完整的立体声DAC，内部集成了数字滤波器和输出放大器，这使得设计人员在构建音频系统时更加方便，减少了外部元件的使用，降低了成本和电路板空间。

2. 出色的动态范围

其动态范围可达95dB，能够提供清晰、准确的音频信号，有效减少噪声和失真，为用户带来高品质的音频体验。

3. 多采样频率支持

支持16kHz到96kHz的多种采样频率，具有很强的通用性，可以适应不同的音频源和应用场景。

4. 8倍过采样数字滤波器

该滤波器不仅能够提高音频的分辨率和质量，还在44.1kHz时具备去加重功能，进一步优化音频效果。

5. 灵活的系统时钟

系统时钟可以选择 (256f{S}) 或 (384 f{S})，为设计提供了更多的灵活性，满足不同系统的需求。

6. 多种数据输入格式

支持正常和I2S两种数据输入格式，方便与各种音频设备进行连接和通信。

7. 小巧封装

采用14引脚的SOIC封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。

二、PCM1725的详细规格

1. 分辨率

PCM1725的分辨率为16位，能够提供较高的音频精度，满足大多数消费音频应用的需求。

2. 数据格式

音频数据接口格式支持标准和I2S两种，音频数据格式为二进制补码，采样频率范围为16kHz - 96kHz，内部系统时钟频率为 (256f{S}) 或 (384 f{S})。

3. 动态性能

在满量程（0dB）时，总谐波失真加噪声（THD+N）在991kHz时典型值为 -83dB，最大值为 -78dB；声道分离度典型值为95dB。

4. 直流精度

增益误差典型值为 ±1.0% FSR，声道间增益失配典型值为 ±1.0% FSR，双极性零误差典型值为 ±20mV。

5. 模拟输出

满量程输出电压为10Vp-p，中心电压为 (V_{CC} / 2)，负载阻抗为10kΩ。

6. 数字滤波器性能

通带延迟时间为 (11.125/f_{S}) 秒，通带纹波为 ±0.17dB，阻带衰减为 -35dB。

7. 内部模拟滤波器

-3dB带宽为100kHz，通带响应在20kHz时为 -0.16dB。

8. 电源要求

电源电压范围为4.5V - 5.5V，典型电源电流为13mA，功耗为65mW。

9. 温度范围

工作温度范围为 -25°C 到 +85°C，存储温度范围为 -55°C 到 +125°C。

三、引脚配置与功能

引脚	名称	I/O	功能
1 (1)	LRCIN	IN	采样率时钟输入
2 (1)	DIN	IN	音频数据输入
3 (1)	BCKIN	IN	音频数据的位时钟输入
4	NC	—	无连接
5	CAP	—	模拟输出放大器的公共引脚
6	V OUT R	OUT	右声道模拟输出
7	GND	—	接地
8	V CC	—	电源
9	V OUT L	OUT	左声道模拟输出
10	NC	—	无连接
11	NC	—	无连接
12 (2)	DM	IN	去加重控制，高电平：去加重开启；低电平：去加重关闭
13 (2)	FORMAT	—	音频数据格式选择，高电平：I2S数据格式；低电平：标准数据格式
14	SCKI	IN	系统时钟输入（ (256f{S}) 或 (384 f{S}) ）

注：(1) 施密特触发器输入；(2) 带内部上拉的施密特触发器输入。

四、系统时钟与数据输入

1. 系统时钟

PCM1725的系统时钟必须为 (256 f{S}) 或 (384 f{S})，其中 (f{S}) 是音频采样频率，通常为32kHz、44.1kHz或48kHz。系统时钟用于驱动数字滤波器和噪声整形器，其输入引脚为14脚（SCKI）。该芯片具有系统时钟检测电路，能够自动检测时钟频率，并可补偿LRCIN与系统时钟之间的相位差。当相位差大于 ±6 个位时钟（BCKIN）时，会自动进行同步，同步期间模拟输出将被强制设置为双极性零状态（ (V{CC} / 2) ）。

2. 数据输入格式

PCM1725可以接受正常（MSB优先，右对齐）或I2S两种数据格式。通过引脚13（FORMAT）进行选择，低电平时选择正常数据格式，高电平时选择I2S格式。

五、复位与去加重控制

1. 复位

PCM1725具有内部上电复位电路，当电源电压 (V{CC}>2.2V)（典型值）时，内部上电复位开始初始化，初始化周期为 (V{CC}>2.2V) 后的1024个系统时钟周期。在初始化期间，DAC的输出无效，模拟输出被强制设置为 (V_{CC} / 2)。

2. 去加重控制

引脚12（DM）用于控制PCM1725的去加重功能，该功能仅在44.1kHz时有效。高电平时去加重开启，低电平时去加重关闭。

六、应用考虑因素

1. 延迟时间

Delta - Sigma转换器存在一定的延迟时间，PCM1725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})。对于光盘或磁带源的音频应用，如CD音频、CD - 交互式、视频CD、DAT、迷你光盘等，延迟时间通常不会产生影响。但对于一些专业应用，如演播室广播音频，总延迟时间需要小于2ms。

2. 输出滤波

为了测试目的，所有动态测试都使用20kHz低通滤波器对PCM1725进行。该滤波器可以限制THD+N等测量带宽至20kHz，若不使用该滤波器，会导致THD+N升高、SNR和动态范围读数降低。内部低通滤波器在DC到24kHz的性能如图7所示，高频滚降如图8所示。如果用户应用中PCM1725驱动宽带放大器，建议使用外部低通滤波器，如简单的3阶滤波器。

3. 电源旁路

电源应尽可能靠近器件进行旁路，建议在10µF钽旁路电容上并联一个0.1µF陶瓷电容，以减少电源噪声对音频性能的影响。

七、工作原理

PCM1725的Delta - Sigma部分基于5级幅度量化器和3阶噪声整形器，将过采样输入数据转换为5级Delta - Sigma格式。与典型的1位（2级）Delta - Sigma调制器相比，5级Delta - Sigma调制器具有更好的稳定性和抗时钟抖动能力。Delta - Sigma调制器和内部8倍插值滤波器的组合过采样率在 (384 f{S}) 系统时钟下为 (96f{S})，在 (256 f{S}) 系统时钟下为 (64 f{S})。

PCM1725以其丰富的特性、出色的性能和灵活的设计，成为低成本、CD质量消费音频应用的理想选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择参数和配置，以充分发挥PCM1725的优势，打造出高品质的音频系统。大家在使用PCM1725的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。