德州仪器PCM2900C/2902C立体声音频编解码器深度解析

在音频设备设计领域，一款性能出色的音频编解码器至关重要。德州仪器（TI）推出的PCM2900C和PCM2902C立体声音频编解码器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，在市场上备受关注。今天，我们就来深入了解一下这两款编解码器。

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产品概述

PCM2900C和PCM2902C是TI的单芯片USB立体声音频编解码器，具备USB兼容的全速协议控制器。其中，PCM2902C还带有S/PDIF接口。这两款编解码器采用了TI独特的SpAct™架构，能够从USB数据包数据中恢复音频时钟，片上模拟PLL配合SpAct架构，可实现低时钟抖动的播放和录制，并且支持独立的播放和录制采样率。

产品特性

1. 接口与协议

• USB接口：具备全速收发器，完全符合USB 2.0规范，并通过了USB-IF认证。部分描述符可编程，支持USB自适应播放模式和USB异步录制模式，采用总线供电。
• S/PDIF（仅PCM2902C）：支持S/PDIF输入和输出，为音频传输提供了更多选择。

2. 模数转换

• ADC和DAC：均为16位Delta - Sigma架构。DAC采样率支持32 kHz、44.1 kHz、48 kHz；ADC采样率支持8 kHz、11.025 kHz、16 kHz、22.05 kHz、32 kHz、44.1 kHz、48 kHz。
• 模拟性能：在(V_{BUS } = 5 V)时，立体声ADC的THD + N为0.01%，SNR为89 dB，动态范围为89 dB；立体声DAC的THD + N为0.005%，SNR为96 dB，动态范围为93 dB。

3. 时钟与电源

• 时钟生成：片上时钟发生器采用单个12 - MHz时钟源。
• 电源供应：单电源供电，典型值为5 V（(V_{BUS })）。

4. 多功能特性

• HID功能：支持音量和静音控制，以及暂停标志功能。
• 封装形式：采用28引脚SSOP封装，便于安装和布局。

应用场景

PCM2900C/2902C适用于多种USB音频设备，如USB音频扬声器、USB耳机、USB显示器和USB音频接口盒等。其丰富的功能和良好的性能，能够满足不同应用场景下的音频处理需求。

电气特性

1. 数字输入/输出

• 逻辑电平：输入输出逻辑电平符合相应标准，如高电平输入电压（(V{IH})）和低电平输入电压（(V{IL})）等都有明确的范围。
• 时钟频率：输入时钟频率（XTI）要求在11.994 - 12.008 MHz之间。

2. ADC特性

• 分辨率与采样率：分辨率为8位或16位，支持多种采样率。
• 动态性能：THD + N、动态范围、SNR等指标表现良好，通道分离度高。
• 数字滤波器：具有特定的通带纹波和阻带衰减，以及延迟时间。

3. DAC特性

• 分辨率与采样率：与ADC类似，支持8位或16位分辨率和多种采样率。
• 动态性能：THD + N低，动态范围和SNR高，通道分离度好。
• 数字滤波器：通带纹波和阻带衰减有相应要求，延迟时间也有规定。

4. 电源要求

• 电压范围：(V_{BUS })电压范围为4.35 - 5.25 VDC。
• 电流与功耗：工作时ADC和DAC的供电电流为56 - 67 mA，暂停模式下电流为250 μA；工作时功耗为280 - 352 mW，暂停模式下为1.25 mW。

引脚分配

PCM2900C和PCM2902C的引脚分配有一定的相似性，但也存在差异。例如，PCM2902C有S/PDIF输入（DIN）和输出（DOUT）引脚，而PCM2900C没有。这些引脚分别承担着不同的功能，如模拟接地、USB差分输入输出、HID按键输入、电源供应等。

设备配置与接口

1. USB接口

控制数据和音频数据通过D + 和D - 引脚以全速传输。设备描述符、配置描述符和字符串描述符包含了设备的相关信息，如USB版本、设备类、产品ID等。

2. 接口功能

• 接口#0：控制接口，包含音频控制功能，如音量和静音控制。
• 接口#1：音频流数据输出接口，有多种可选的替代设置，支持不同的数据格式和采样率。
• 接口#2：音频流数据输入接口，同样有多种替代设置，支持不同的数据格式和采样率。
• 接口#3：中断数据输入接口，用于报告HID按键状态。

3. 端点

设备有四个端点，分别是控制端点、等时输出音频数据流端点、等时输入音频数据流端点和HID端点，每个端点都有其特定的功能。

时钟与复位

PCM2900C/2902C需要一个12 - MHz（±500 ppm）的时钟用于USB和音频功能，可以通过内置的晶体振荡器和12 - MHz晶体谐振器产生。设备还有内部上电复位电路，当(V_{BUS })超过2.5 V（典型值）时自动触发。

数字音频接口（仅PCM2902C）

PCM2902C支持S/PDIF输入和输出，能够将主机的等时输出数据编码为S/PDIF输出和DAC模拟输出。输入数据可以选择S/PDIF或ADC模拟输入。

接口序列

1. 上电、连接和播放序列

设备在复位完成且USB总线连接后准备好设置，连接建立后即可接受USB音频数据。接收到音频数据后，先将第一个音频数据包存储到内部存储缓冲区，检测到下一个帧起始（SOF）数据包时开始播放。

2. 播放、停止和断开序列

主机完成或中止播放后，设备在播放完最后一个音频数据后停止。

3. 录制序列

设备在接收到SET_INTERFACE命令后开始音频捕获。

4. 暂停和恢复序列

设备在检测到USB总线持续空闲状态（约5 ms）后进入暂停状态，检测到非空闲状态时立即唤醒。

应用信息

文档提供了PCM2900C和PCM2902C的典型电路连接图，包括高性能应用和简单应用的电路。在设计电路时，需要考虑整个电路板的设计，以满足USB规范要求。

封装与订购信息

两款产品均采用SSOP - 28封装，有不同的订购选项，如PCM2900CDB、PCM2900CDBR、PCM2902CDB、PCM2902CDBR等，并且提供了详细的封装材料信息和尺寸规格。

总之，德州仪器的PCM2900C/2902C立体声音频编解码器以其丰富的功能、良好的性能和广泛的应用场景，为电子工程师在音频设备设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择和使用这两款编解码器，以实现最佳的音频处理效果。你在使用这两款编解码器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。