探索WM8524：24位192kHz立体声DAC的卓越性能

在当今数字化音频的时代，一款高性能的数模转换器（DAC）对于实现高质量音频输出至关重要。Wolfson Microelectronics的WM8524就是这样一款引人注目的产品，它以其出色的性能和丰富的特性，为各类音频应用提供了理想的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款WM8524立体声DAC。

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一、WM8524概述

WM8524是一款集成了电荷泵和硬件控制接口的立体声DAC。它仅需单一的3.3V电源轨，就能提供2Vrms的线路驱动输出。其独特的接地参考输出设计，配合直流伺服技术，不仅消除了线路驱动耦合电容的需求，还能有效避免开机时的“噗噗”声和“咔嗒”声。该设备通过硬件控制接口进行控制和配置，支持8kHz至192kHz之间的所有常见音频采样率，音频接口工作在从模式下。此外，它还具有3.3V容限的数字接口，允许连接最高3.3V的逻辑电路，采用16引脚TSSOP封装。

二、主要特性

高性能立体声DAC

• 出色的音频性能：信噪比（SNR）高达106dB（A加权），总谐波失真（THD）在 -1dBFS时低至 -89dB，静音衰减达到120dB，能够为用户带来纯净、高品质的音频体验。
• 全采样率支持：支持8kHz至192kHz的所有常见采样率，满足不同音频应用的需求。
• 多种数据格式：支持左对齐（LJ）、右对齐（RJ）和I²S三种数据格式，具有很强的兼容性。
• 低直流偏移：线路输出的最大直流偏移仅为1mV，确保音频信号的准确性。
• 抑制噗噗声和咔嗒声：通过电源上下电序列器，有效抑制开机和关机时的噪音。
• 单电源供电：AVDD和LINEVDD为 +3.3V ±10%，允许单电源供电，简化了电路设计。
• 宽温度范围：工作温度范围为 -40°C至85°C，适用于各种环境。

三、引脚配置与订购信息

引脚配置

WM8524的引脚配置清晰明确，每个引脚都有其特定的功能。例如，LINEVOUTL和LINEVOUTR分别为左右声道的线路输出；DACDAT、LRCLK和BCLK是数字音频接口的关键引脚，用于输入音频数据和同步时钟；MUTE引脚用于控制静音功能等。

订购信息

提供了两种订购代码，WM8524CGEDT和WM8524CGEDT/R，温度范围均为 -40°C至 +85°C，采用16引脚TSSOP（无铅）封装，湿度敏感度等级为MSL1，峰值焊接温度为260°C。其中，WM8524CGEDT/R采用卷带包装，卷带数量为2000。

四、电气特性

模拟输出特性

• 输出电平：在0dBFS时，输出电平典型值为2.1Vrms，范围在1.89Vrms至2.31Vrms之间。
• 负载阻抗：负载阻抗要求为1kΩ。
• 负载电容：无外部RC滤波器时，负载电容最大为300pF；使用推荐滤波器时，负载电容为1µF。

  DAC性能

• 信噪比：在10kΩ负载下，A加权信噪比典型值为106dB，未加权时为104dB。
• 动态范围：A加权动态范围典型值为104dB。
• 总谐波失真：-1dBFS时为 -89dB，0dBFS时为 -86dB。
• 电源抑制比：在100Hz、1kHz和20kHz时分别为54dB、54dB和50dB。
• 声道分离度：1kHz时为100dB，20Hz至20kHz范围内为95dB。
• 系统绝对相位：为0度。
• 声道电平匹配：典型值为0.1dB。
• 静音衰减：为 -120dB。
• 直流偏移：LINEVOUTL和LINEVOUTR的直流偏移在 -1mV至1mV之间。

  数字逻辑电平

• 输入高电平：VIH为0.7 × LINEVDD。
• 输入低电平：VIL为0.3 × LINEVDD。
• 输入电容：典型值为10pF。
• 输入泄漏电流：在 -0.9µA至0.9µA之间。

五、信号时序要求

系统时钟时序

• MCLK周期时间：最小为27ns，最大为500ns。
• MCLK高电平时间：最小为11ns。
• MCLK低电平时间：最小为11ns。
• MCLK占空比：在40:60至60:40之间。

  音频接口时序（从模式）

• BCLK周期时间：最小为27ns。
• BCLK脉冲宽度高：最小为11ns。
• BCLK脉冲宽度低：最小为11ns。
• LRCLK建立时间：相对于BCLK上升沿最小为7ns。
• LRCLK保持时间：相对于BCLK上升沿最小为5ns。
• DACDAT保持时间：相对于LRCLK上升沿最小为5ns。
• DACDAT建立时间：相对于BCLK上升沿最小为7ns。

六、电源管理

上电复位电路

WM8524内置了上电复位电路，当VMID或LINEVDD低于最低阈值时，POR信号被拉低，芯片进入复位状态；当VMID和AVDD上升到一定值后，POR信号释放为高，所有寄存器恢复默认状态，此时可以对控制接口进行写入操作。

电源上下电控制

• 从关机到启用：启动MCLK和BCLK，并将MUTE置为1。
• 从关机到待机：启动MCLK和BCLK，并将MUTE置为0。进入待机模式后，可以禁用BCLK，设备仍保持待机状态。
• 从待机到启用：将MUTE引脚置为逻辑1，并启动BCLK。
• 从启用状态到待机：可以将MUTE引脚置为逻辑0或停止BCLK，MCLK需继续运行，设备会自动静音并安静地进入待机状态。
• 从启用状态到关机：随时停止MCLK，但建议先将设备置于待机模式，以实现安静关机。

七、数字音频接口与数据格式

数字音频接口

WM8524的数字音频接口使用三个引脚：DACDAT用于输入DAC数据，LRCLK用于左右数据对齐时钟，BCLK用于同步位时钟。该接口工作在从模式下。

音频数据格式

• 右对齐模式：LSB在LRCLK转换前的最后一个BCLK上升沿可用，其他位按MSB优先顺序传输。
• 左对齐模式：MSB在LRCLK转换后的第一个BCLK上升沿可用，其他位依次传输。
• I²S模式：MSB在LRCLK转换后的第二个BCLK上升沿可用，其他位依次传输。

八、数字滤波器特性

256fs至1152fs时钟模式

• 通带：±0.1dB通带范围为0.454fs。
• 通带波纹：最大为0.1dB。
• 阻带：阻带起始于0.546fs。
• 阻带衰减：f > 0.546fs时为 -50dB。
• 群延迟：典型值为10Fs。

  128fs和192fs时钟模式

• 通带：±0.1dB通带范围为0.247fs。
• 通带波纹：最大为0.1dB。
• 阻带：阻带起始于0.753fs。
• 阻带衰减：f > 0.753fs时为 -50dB。
• 群延迟：典型值为10Fs。

九、应用信息

推荐外部组件

• 建议使用单一的公共接地平面，若无法实现，需优化分割接地配置以提高音频性能。
• 电荷泵飞返电容C5应尽可能靠近WM8524放置，其次是电荷泵去耦电容C1，然后是LINEVDD和VMID去耦电容。
• 应谨慎选择电容类型，推荐使用低ESR的电容以获得最佳性能。

  推荐模拟低通滤波器

  当设备驱动宽带放大器时，建议使用外部单极RC滤波器。推荐的滤波器在105.26kHz处有 -3dB截止频率，在20kHz处有0.15dB的衰减。

  推荐PCB布局

• C5应尽可能靠近WM8524，减少走线长度以降低电感，避免在连接C5的走线中使用过孔。
• C1也应靠近WM8524，同样要减少走线长度并避免过孔。
• C2和C4次之，C3最后。

十、总结

WM8524以其高性能的音频处理能力、丰富的功能特性和灵活的配置方式，为各类消费类数字音频应用提供了强大的支持。无论是游戏机、机顶盒、AV接收器、DVD播放器还是数字电视等设备，WM8524都能胜任，为用户带来高品质的音频体验。作为电子工程师，在设计音频电路时，WM8524无疑是一个值得考虑的优秀选择。你在使用类似DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。