ADAU1978四通道模数转换器：汽车音频系统的理想之选

在电子设计领域，模数转换器（ADC）的性能直接影响到整个系统的质量和稳定性。今天，我们就来深入探讨一款高性能的四通道模数转换器——ADAU1978，看看它在汽车音频系统等领域能为我们带来怎样的惊喜。

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一、产品特性亮点

输入与时钟优势

ADAU1978具备四路2 V rms差分输入，能够满足多种音频信号输入需求。同时，它利用片内锁相环（PLL）获得主时钟，这一设计不仅能提供稳定的时钟信号，还可以从外部时钟输入或帧时钟（采样速率时钟）获得主时钟。当使用帧时钟时，系统中无需使用独立的高频主时钟，简化了系统设计。

低干扰与高性能

该转换器采用低电磁干扰（EMI）设计，有效减少了外界干扰对信号的影响。其模数转换器（ADC）动态范围达到109 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）低至−95 dB，能够提供高质量的音频转换效果。

灵活的控制与功能

ADAU1978支持可选数字高通滤波器，可根据实际需求对音频信号进行滤波处理。它还具备数字音量控制功能，通过I2C/SPI可控，大大提高了系统的灵活性。软件可控无杂音静音功能和软件关断功能，方便用户在不同场景下对设备进行操作。此外，它支持右对齐、左对齐、I2S和TDM模式，以及主机和从机工作模式，能适应多种系统架构。

封装与认证

ADAU1978采用40引脚LFCSP封装，体积小巧，适合各种紧凑的设计。并且，它通过了汽车应用认证，能够满足汽车音频系统等对可靠性要求较高的应用场景。

二、技术规格剖析

模拟性能

在模拟性能方面，ADAU1978表现出色。满量程交流差分输入电压为2 V rms，满量程单端输入电压为1 V rms，输入共模电压为1.5 V dc。差分输入电阻为28.6 kΩ，单端输入电阻为14.3 kΩ，ADC分辨率达到24位。动态范围（A加权）线路输入在特定条件下可达109 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）在输入为1 kHz、−1 dBFS时低至−95 dB。

数字输入/输出

数字输入/输出规格方面，高电平输入电压（VIH）为0.7 × IOVDD，低电平输入电压（VIL）为0.3 × IOVDD，输入漏电流范围为−10 μA至+10 μA，输入电容为5 pF。输出方面，高电平输出电压（VOH）在IOH = 1 mA时为IOVDD − 0.60 V，低电平输出电压（VOL）在IOL = 1 mA时为0.4 V。

电源规格

电源方面，AVDD为3.3 V，DVDD为1.8 V，IOVDD为3.3 V。不同采样速率下，IOVDD电流有所不同，正常工作时，48 kHz采样速率下为450 μA，96 kHz采样速率下为880 μA，192 kHz采样速率下为1.75 mA，关断时为20 μA。AVDDx电流在正常工作时为14 mA，关断时为9.5 mA，DVDD电流为270 μA。

数字滤波器

数字滤波器规格上，ADC抽取滤波器在通带、过渡带和阻带都有明确的性能指标，通带纹波为±0.015 dB，群延迟在不同采样速率下有所不同。高通滤波器截止频率为20 Hz，相位偏差在特定条件下为0.9375度，建立时间为10秒。

时序规格

时序规格涵盖了输入主时钟（MCLK）占空比、复位脉冲时间、PLL锁定时间等多个方面。例如，MCLKIN占空比为40% - 60%，复位脉冲低电平时间为15 ns，PLL锁定时间为10 ms。

三、工作原理详解

电源与基准电压源

ADAU1978采用3.3 V单电源供电，模拟和升压转换器各有电源输入引脚，这些引脚需通过100 nF陶瓷芯片电容去耦到AGND，以降低噪声拾取。数字内核的电源电压（DVDD）利用内部低压差调节器产生，典型DVDD输出为1.8 V，需通过一个100 nF陶瓷电容和一个10 μF电容去耦。模拟模块的基准电压在内部产生，通过VREF引脚输出，AVDDx为3.3 V时，该引脚的典型电压为1.5 V。

上电复位序列

ADAU1978要求在AVDDx引脚上从外部提供3.3 V单电源，器件内部产生DVDD（1.8 V）。复位期间，DVDD调节器禁用以降低功耗。当(overline{PD} / overline{RST})引脚变为高电平后，器件使能DVDD调节器。只有DVDD达到1.2 V且(POR)信号释放后，器件才会离开复位状态。DVDD建立时间取决于外部电容的充电时间和AVDDx上升斜坡时间。

PLL和时钟

ADAU1978内置模拟PLL以便为内部ADC提供无抖动的主时钟。PLL必须根据适当的输入时钟频率进行编程，PLL_CONTROL寄存器0x01用于设置PLL。时钟源可以是MCLKIN引脚或LRCLK引脚（从模式），在LRCLK模式下，PLL支持32 kHz到192 kHz的采样速率。

四、模拟输入与ADC功能

模拟输入

ADAU1978具有4路差分模拟输入，支持交流耦合和直流耦合输入信号。多数音频应用中，信号的直流成分通过耦合电容消除，其独特的输入结构允许交流耦合输入信号，从各路输入到AGND的典型输入电阻约为14 kΩ。在48 kHz采样速率时，高通滤波器具有1.4 Hz、6 dB/倍频程的截止频率，该截止频率与采样速率呈比例变化。

ADC功能

ADAU1978的4个Σ - Δ ADC通道配置为两个立体声对，具有可配置的差分/单端输入，以32 kHz到192 kHz的标称采样速率工作。ADC包括片上数字抗混叠滤波器，其具有79 dB阻带衰减和线性相位响应。数字输出通过两个串行数据输出引脚、一个通用帧时钟（LRCLK）和一个位时钟（BCLK）提供，也可以使用TDM模式之一，单条TDM数据线最多支持16个通道。此外，ADC还有直流失调校准算法，可消除ADC的系统性直流失调。

ADC求和模式

四个ADC可分组为单个立体声ADC或单个单声道ADC，以提高应用的信噪比（SNR）。提供2通道求和模式和4通道求和模式，2通道求和模式下，通道1和通道2 ADC数据合并，通道3和通道4 ADC数据合并，SNR提高3 dB；4通道求和模式下，通道1至通道4 ADC数据合并，SNR提高6 dB。

五、串行音频数据输出端口与数据格式

立体声模式

串行音频端口包括4个引脚：BCLK、LRCLK、SDATAOUT1和SDATAOUT2。在2通道或立体声模式下，SDATAOUT1输出通道1和通道2的ADC数据，SDATOUT2输出通道3和通道4的ADC数据，支持I2S、左对齐（LJ）和右对齐（RJ）等常见音频格式。

TDM模式

寄存器0x05至寄存器0x08提供TDM模式编程功能，TDM时隙宽度、数据宽度、通道分配和用于输出数据的引脚均可编程。默认情况下，串行数据在SDATAOUT1引脚上输出，但可利用SDATA_SEL位改变设置，使串行数据从SDATAOUT2引脚输出。TDM模式支持2、4、8或16个通道，在未使用的时隙中，输出引脚变为高阻态，同一数据线可与TDM总线上的其他器件共享。

六、控制端口与寄存器

控制端口

ADAU1978控制端口支持2线I2C模式或4线SPI模式，用于设置器件的内部寄存器。I2C和SPI模式均允许读写寄存器，全部寄存器均为8位宽，寄存器起始地址为0x00，结束地址为0x1A。默认情况下，ADAU1978工作在I2C模式，但通过将CLATCH引脚拉低三次，就可以将器件置于SPI模式。

寄存器详解

ADAU1978的寄存器涵盖了主电源和软件复位寄存器、PLL控制寄存器、模块电源控制和串行端口控制寄存器等多个方面。每个寄存器都有其特定的功能和位设置，例如主电源和软件复位寄存器用于使能升压调节器、麦克风偏置、PLL、带隙基准电压源、ADC和LDO调节器；PLL控制寄存器用于设置PLL的时钟源和倍频系数等。

七、典型应用与订购信息

典型应用电路

文档中给出了典型应用电路，展示了四路输入、I2C和I2S模式下的连接方式，为工程师的设计提供了参考。

订购指南

ADAU1978有不同的型号可供选择，如ADAU1978WBCPZ、ADAU1978WBCPZ - RL等，不同型号在温度范围、封装描述和封装选项上有所差异。同时，还有评估板EVAL - ADAU1978Z可供测试和开发使用。

ADAU1978凭借其出色的性能、灵活的控制和丰富的功能，在汽车音频系统、有源噪声消除系统等领域具有广阔的应用前景。电子工程师在设计相关系统时，可以充分考虑ADAU1978的特点，以实现高质量的音频转换和处理。你在使用类似的模数转换器时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。