探索ADAU7118：8通道PDM到I2S/TDM转换器的卓越性能与应用

在当今的电子设备中，音频处理技术至关重要。对于电子工程师而言，选择一款性能出色的音频转换器是设计成功的关键。今天，我们将深入探讨Analog Devices的ADAU7118，一款功能强大的8通道PDM到I2S/TDM转换器。

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一、产品概述

ADAU7118能够将四个立体声脉冲密度调制（PDM）位流转换为一个脉冲编码调制（PCM）输出流。其输入源可以是八个数字麦克风或其他PDM源，PCM音频数据通过串行音频接口端口以I2S或TDM格式输出。该产品适用于商业温度范围（-40°C至+85°C），采用16引脚、3mm×3mm、0.40mm间距的引线框架芯片级封装（LFCSP）。

二、产品特性

2.1 音频输入与处理

• 多通道输入：具备8通道的PDM音频输入，可连接多个数字麦克风，满足复杂音频采集需求。
• 灵活的抽取比：支持16×、32×或64×的PDM到PCM音频数据抽取比，能根据不同应用场景调整输出采样率。
• 高分辨率：24位分辨率，可支持高声压级（SPL）麦克风，保证音频信号的高精度处理。
• 出色的信噪比：126 dB A加权信噪比，有效降低噪声干扰，提供清晰的音频输出。

2.2 时钟与输出

• 多样的时钟速率：输出采样率范围为4 kHz至192 kHz，位时钟速率为输出采样率的64×、128×、192×、256×、384×或512×，满足不同系统的时钟要求。
• 双输出PDM时钟：提供两个独立的PDM时钟输出，方便驱动多个PDM源。
• 自动时钟生成：能够自动生成PDM时钟，简化设计流程。

2.3 电源与控制

• 低功耗设计：在48 kHz频率采样率和1.8 V电源下，8通道的DVDD工作电流仅为1.2 mA，典型DVDD关断电流小于5 μA，有效降低功耗。
• 自动电源管理：当BCLK移除时，自动进入掉电状态，进一步节省能源。
• 可选控制模式：支持I2C控制或硬件模式操作，增强了设计的灵活性。

2.4 接口与配置

• 丰富的输出接口：支持Slave I2S或TDM输出接口，最高支持TDM - 16，可实现灵活的音频数据传输。
• 可配置的TDM插槽：支持TDM插槽路由和大小的配置，方便根据具体应用进行定制。
• 宽电压范围：I/O电源电压范围为1.70 V至3.63 V，DVDD电源电压范围为1.10 V至1.98 V，适应不同的电源环境。

三、工作原理

3.1 音频转换

ADAU7118将1位PDM源的音频数据进行抽取，转换为24位PCM音频。默认抽取比为64 × fS（fS为PCM输出采样率），也可设置为32 × fS或16 × fS以实现更高的输出采样率。所有通道以相同的抽取比进行处理，最终通过标准I2S或TDM格式输出。

3.2 输入映射

输入源可以是任何具有从PDM输出的设备，如数字麦克风。PDM_DATx输入引脚连接到PDM源的数据输出，内部有8个通道（Channel 0至Channel 7）。每个PDM_DATx引脚的上升沿和下降沿分别对应两个内部通道，具体映射关系如下表所示：

Input Pin	PDM_CLK Edge	Internal Channel
PDM_DAT0	Falling	0
PDM_DAT0	Rising	1
PDM_DAT1	Falling	2
PDM_DAT1	Rising	3
PDM_DAT2	Falling	4
PDM_DAT2	Rising	5
PDM_DAT3	Falling	6
PDM_DAT3	Rising	7

3.3 时钟管理

ADAU7118需要一个BCLK速率至少为帧同步（FSYNC）采样率64倍的时钟信号，也支持128×、192×、256×、384×和512×的FSYNC速率。设备会自动检测BCLK和FSYNC之间的比率，并默认生成64 × FSYNC速率的PDM时钟输出。如果在寄存器中选择较低的抽取比，PDM输出时钟速率将相应调整。

3.4 电源管理

ADAU7118可以通过两种方法进入掉电状态。一种是使用寄存器写入，将设备置于最低功耗状态；另一种是在独立模式下，通过将使能引脚（EN）置低来实现。从掉电模式恢复时，重启时钟和使能设备的顺序无关紧要。

四、应用场景

4.1 麦克风阵列

ADAU7118的多通道输入和高分辨率处理能力使其非常适合用于麦克风阵列。在语音识别、音频监控等应用中，多个麦克风可以同时采集音频信号，通过ADAU7118进行处理，提高音频质量和识别准确率。

4.2 移动计算与便携式电子设备

其低功耗设计和小尺寸封装使其成为移动计算设备（如智能手机、平板电脑）和便携式电子设备（如智能穿戴设备）的理想选择。在这些设备中，ADAU7118可以在保证音频质量的同时，延长电池续航时间。

4.3 消费电子与专业电子设备

在消费电子（如智能音箱、耳机）和专业电子设备（如音频录制设备、会议系统）中，ADAU7118可以提供高质量的音频处理功能，满足用户对音频体验的需求。

五、寄存器配置

ADAU7118的功能通过一系列寄存器进行配置，这些寄存器涵盖了设备ID、通道使能、抽取比、滤波器控制、串口控制等方面。以下是部分重要寄存器的简要介绍：

• ADI Vendor ID Register（0x00）：用于读取ADI供应商ID。
• Channel Pair and Clock Enables Register（0x04）：控制PDM时钟和通道的使能状态。
• Decimation Ratio and PDM Clock Mapping Controls Register（0x05）：设置抽取比和PDM时钟映射。
• High - Pass Filter Controls Register（0x06）：控制高通滤波器的使能和截止频率。
• Serial Port Controls 1 Register（0x07）：设置串口音频接口模式、TDM插槽宽度等。

六、总结

ADAU7118作为一款高性能的8通道PDM到I2S/TDM转换器，具有丰富的特性和灵活的配置选项。其在音频处理领域的出色表现使其适用于多种应用场景，无论是消费电子还是专业电子设备。对于电子工程师来说，深入了解ADAU7118的工作原理和寄存器配置，能够充分发挥其优势，设计出更加优秀的音频处理系统。你在使用ADAU7118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。