PGA2500EVM 评估模块使用指南：电子工程师的实用参考

在音频处理和麦克风前置放大领域，德州仪器的 PGA2500EVM 评估模块是一款非常实用的工具。今天，我将结合其官方用户指南，为大家详细介绍这款评估模块的相关信息，希望能对各位电子工程师的设计工作有所帮助。

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1. 产品简介

1.1 PGA2500 产品概述

PGA2500 是一款数字控制的麦克风前置放大器集成电路，专为放大动态和电容式麦克风的输出，并驱动高性能音频模数（A/D）转换器而设计。它具有以下特点：

• 差分模拟输入：通过 (V{IN^{+}}) 和 (V{IN-})（引脚 27 和 26）提供差分输入。
• 可编程增益：可编程增益放大器可设置为单位增益通过信号，或对输入信号应用 10dB 至 65dB 的增益，增益调节步长为 1dB。
• 差分输出：差分输出在 (V{OUT+ }) 和 (V{OUT-})（引脚 17 和 16）提供。
• 串行端口控制：通过 4 线串行端口接口编程增益和支持功能，使用 16 位控制字。
• DC 伺服功能：通过 DC 伺服放大器环路监测差分模拟输出，最小化直流偏移电压。可通过 (DCEN) 输入或串行控制字中的 DC 位禁用。
• 共模伺服功能：通过串行控制字中的 CM 位启用或禁用，可降低共模输入阻抗，减少共模干扰。
• 其他特性：包括专用 0dB 输入、过零检测控制、溢出指示输出和四个通用可编程数字输出。

1.2 PGA2500EVM 功能特性

PGA2500EVM 评估模块为评估 PGA2500 产品的性能和功能提供了便捷的平台。其主要特性包括：

• 多种输入连接方式：支持 XLR 或 TRS 平衡输入连接。
• 可配置前端电路：提供用于原型设计的焊盘和滤波器选项。
• 平衡输出：XLR 平衡输出，具有灵活的输出负载选项。
• 主机接口：缓冲的 PC 并行和 DATA_IN 端口提供主机接口连接，DATA_OUT 端口允许多个 PGA2500EVM 板进行菊花链连接。
• 寄存器回读功能：支持主机接口诊断能力。
• LED 指示灯：显示 GPO 和过范围输出状态。
• 共模电压输入：提供 (V_{COM} IN) 端子。
• 应用程序软件：与大多数内置并行端口并运行 Windows 9x、2000 或 XP 操作系统的个人计算机兼容。
• 电源要求：需要 +5V 和 -5V 模拟电源，以及 +5V 数字电源。

1.3 PGA2500EVM 模块框图

PGA2500EVM 的主要功能通过其框图展示。可配置的输入和输出电路提供了方便的原型设计选项，而缓冲的主机接口支持所提供的应用程序软件和替代主机配置。

2. 开始使用

2.1 静电放电警告

PGA2500EVM 上的许多组件对静电放电（ESD）敏感。在拆封和处理 EVM 时，务必遵守适当的 ESD 处理预防措施，否则可能会导致 EVM 组件损坏。

2.2 拆封检查

打开 PGA2500EVM 包装后，应检查以下物品是否齐全：

• 一个 PGA2500EVM 评估模块
• 一张包含应用程序软件和支持文档的 CD-ROM
• 一根 DB25 公头到 DB25 母头的直连电缆，用于 PC 并行端口接口
• 一本印刷的 PGA2500EVM 评估模块用户指南（TI 文献编号 SBOU023）
• 一本印刷的 PGA2500 数据手册（TI 文献编号 SBOS289A）

若有物品缺失，请联系德州仪器产品信息中心（972）644 - 5580 咨询更换事宜。

2.3 绝对工作条件

用户应了解评估模块的绝对最大工作条件，避免超过这些条件导致 EVM 或连接设备损坏。具体参数如下表所示：	Parameter	Maximum Condition
Power-Supply Voltages (1)
VA+	+5.5V DC Maximum
VA−	−5.5V DC Maximum
VCOM	−0.3V DC Minimum to (VA+) + 0.3V DC Maximum
VCC	+5.5V DC Maximum
Phantom Power	+50V DC Maximum
Microphone Input (J1), XLR, or TRS (2)
Maximum Input Voltage, Differential	20.0V PP (or 7.0Vrms) Maximum
Preamplifier Output (J3) (2)
Maximum Output Voltage, Differential	17.5V PP (or 6.2Vrms) Maximum
Digital Input Voltage (2)
Parallel Port (J5), DATA_IN (J6), and DATA_OUT (J7)	−0.3V Minimum to +5.5V Maximum
Digital Output Voltage (2)
Parallel Port (J5), DATA_IN (J6), and DATA_OUT (J7)	+5.5V Maximum

注：1) 参考连接器 J4 的 GND 端子；2) 假设 (VA+=+5.0 ~V DC) 和 (VA- =-5.0 ~V DC)

3. 硬件设置与配置

3.1 模拟和数字电源

PGA2500EVM 需要两个模拟电源（VA+ 和 VA−）和一个数字电源（VCC）。推荐的电源连接方式如图 3 - 1 所示。VA+ 通常设置为 +5.0V DC，VA− 通常设置为 -5.0V DC，用于为 PGA2500 麦克风前置放大器集成电路供电。VCC 通常设置为 +5.0V DC，用于为 SN74AHCT541 缓冲 IC（U2）和电路板数字部分的上拉电阻供电。

此外，还可使用可选的第三个模拟电源为 PGA2500 的共模直流电压输入 (V_{COM} IN)（引脚 25）供电。通过跳线 JMP3 可将共模输入连接到模拟地或 VCOM 电源端子。

3.2 麦克风输入

动态和电容式麦克风或音频测试设备可通过组合连接器 J1 连接到 PGA2500EVM 输入。该组合连接器包含一个 3 针母 XLR 和一个 1/4 英寸 TRS 插孔，均为平衡输入。麦克风输入还包括 1000pF 电容器作为 EMI 滤波器，以抑制前置放大器输入处的电磁干扰。

3.3 幻象电源连接

PGA2500EVM 支持通过端子块 J2 在前置放大器输入两端连接幻象电源。电压源通过 6.81kΩ 电阻连接到前置放大器输入的热（+）和冷（-）侧。幻象电源电压最高可达 +50V DC。使用动态麦克风时，应短接跳线 JMP1 的端子 3 和 4；使用需要幻象电源的电容式麦克风时，应短接端子 1 和 2。

3.4 DC 隔直电容

电容 (C{19}) 和 (C{20}) 用作 DC 隔直电容，提供麦克风输入的交流耦合，并防止幻象电压到达 PGA2500 输入端子。默认情况下，工厂安装了表面贴装铝电解电容器。也可使用通孔电容器，建议选择额定电压为 63WV 或更高的组件以确保长期可靠性。

3.5 保护网络

电阻 (R{7}) 和 (R{8}) 以及肖特基二极管 D6 至 D9 为 PGA2500 前置放大器提供输入保护。当使用幻象电源或输入电压超过 VA+ 或 VA− 电源 350mV 以上时，保护网络可防止 PGA2500 受到损坏。不过，肖特基二极管会在输入电路中增加非线性电容，可能导致额外的失真，特别是在单位增益应用中。

3.6 可配置输入电路

输入电路的可配置部分包括电阻 (R{5})、(R{6})、(R{10})、(R{11})、(R{14})、(R{15})、电容 (C{C1})、(C{C2}) 和跳线 JMP2。这些组件支持额外电路的原型设计，如焊盘和滤波器。工厂组装时，电阻 (R{5}) 和 (R{6}) 未安装，其他组件由跳线代替。

3.7 可配置输出电路和前置放大器输出连接器

输出电路的可配置部分包括电阻 (R{1})、(R{2})、(R{3})、(R{12})、(R{13})、电容 (C{23})、(C{24}) 和 (C{25})。这些组件支持额外电路的原型设计和各种负载条件的模拟。工厂组装时，电阻 (R{12}) 和 (R{13}) 由跳线代替，其他组件未安装。差分前置放大器输出通过 3 针公 XLR 连接器 J3 提供。

3.8 主机接口

PGA2500EVM 支持通过连接器 J5 至 J7 与 PGA2500 串行端口进行外部主机接口连接。PC 并行端口可通过随 EVM 套件提供的直连电缆连接到连接器 J5，用于运行应用程序软件。DATA_IN 接头（J6）可作为替代主机接口，主要用于与微处理器、数字信号处理器或其他主机设备连接。DATA_OUT 接头（J7）主要用于以菊花链方式级联多个 PGA2500EVM 板。

3.9 开关和跳线快速参考

表 3 - 1 和表 3 - 2 提供了 PGA2500EVM 开关和跳线设置的快速参考，同时也标明了工厂默认设置。 由于网络问题，未能从文库中搜索到关于“PGA2500EVM开关和跳线设置”的详细内容，不过在原文档中已给出相关信息，如下：

Switch	Setting	Function
DCEN	LO (default) HI	DC Servo Enabled (1)(2) DC Servo Disabled
0dB	LO (default) HI	Unity (odB) Gain Disabled, Gain Programmed Through Serial Port (2) Unity (0dB) Gain Enabled, Overrides Gain Set Through Serial Port
ZCEN	LO HI (default)	Zero-Crossing Detection Disabled (2) Zero-Crossing Detection Enabled

注：1) 当 (overline{DCEN}=LO) 时，串行控制字中的 (overline{DC}) 位可用于在软件控制下禁用和启用 DC 伺服；2) 开关在“ON”位置（开关上标记为 ON C & K TDA04）时设置为 LO，在编号位置（开关上标记为 1, 2, 3, 或 4）时设置为 HI。

Jumper Configuration
Jumper JMP1: Phantom Power	Pins 1 to 2	Pins 3 to 4
Phantom Power Disabled, Connected to GND (default)	Open	Short
Phantom Power Enabled, Connected to J2 Terminal Block	Short	Open
Jumper JMP3: V COM IN Input Connection	Pins 1 to 2	Pins 3 to 4
V COM IN (pin 25) Connected to GND (default)	Open	Short
V COM IN (pin 25) Connected to the VCOM Terminal of J4	Short	Open
Jumper J9: Register Read Back	Pins 1 to 2
Register Read Back Function Disabled	Open
Register Read Back Function Enabled (default)	Short

此外，跳 JMP4 至 JMP8 以及 JMP10 在 PCB 布局上已短接，如有需要可切断并更换跳线。跳线 JMP2 用于为可配置输入电路提供灵活性，默认情况下保持断开。

大家在实际操作中一定要仔细核对这些设置，避免因设置错误影响评估模块的正常使用。你在使用 PGA2500EVM 时有没有遇到过开关或跳线设置方面的问题呢？

4. 原理图、PCB 布局和物料清单

4.1 原理图

PGA2500EVM 的完整电气原理图如图 4 - 1 所示。参考表 4 - 1 中的物料清单，可了解原理图中各组件的详细描述。

4.2 PCB 布局

PGA2500EVM 是一块两层印刷电路板，使用了通孔和表面贴装组件。丝印、顶层和底层布局图分别如图 4 - 2 至图 4 - 4 所示。

4.3 物料清单

物料清单详细列出了 PGA2500EVM 所需的各个组件，包括电容、电阻、连接器、开关、集成电路等。每个组件的参数、制造商和型号都有明确的标注，方便工程师进行采购和替换。

由于网络问题，未能从文库中搜索到关于“PGA2500EVM 物料清单”的更多信息，不过原文档中已包含了详细的物料清单，以下是具体内容：

Item	Value	Reference Designator	Qty Per Bd	Manufacturer	Mfg Part Number	Description
1	1000pF	C21, C22, C28	3	Kemet	C0805C102J5GACTU	Capacitor, Ceramic COG/NPO, SMT, 1000pF$pm 5%$, 50WV, Size = 0805
2	0.1uF	C1 - C5, C8 - C14	12	Kemet	C0805C104K5RACTU	Capacitor, Ceramic X7R, SMT, $1 mu F pm 10 %, 50 WV$, Size = 0805
3	1uF	C6, C7	2	Kemet	C0805C105K4RACTU	Capacitor, Ceramic X7R, SMT, 1uF ±10%, 16WV, Size = 0805
4	4.7uF	C15 - C18, C26, C27	6	Kemet	T494A475K016AS	Capacitor, Low ESR Tantalum, SMT, $4.7 mu F pm 10 %, 16 WV$, Size = A
5	47uF	C19, C20	2	Panasonic	EEV - FK1J470P	Capacitor, Alum Electrolytic, SMT, 47imathF pm20%, 63WV
6		D1 - D5	5	Lumex	SML - LX1206IC - TR	Red LED, SMT, Size = 1206
7		D6 - D9	4	ON Semiconductor	MBRA120LT3	Surface - Mount Schottky Power Rectifier, Size = SMA
8		J1	1	Neutrik	NCJ6FI - H	Combo Connector, Female XLR + TRS Vert PC Mount
9		J2	1	Weidmuller	1699670000	3.5mm PCB Terminal Block, 2 Poles
10		J3	1	Switchcraft or ITT Cannon	PQG3MRA112 XLB - 3 - 32PCV - M01	XLR Connector, Male, 3 - Pin Vert PC Mount with PCB Retainers XLR Connector, Male, 3 - Pin Vert PC Mount with Ground Lug
11		J4	1	Weidmuller	9967720000	3.5mm PCB Terminal Block, 6 Poles
12		J5	1	AMP	747842 - 6	DB - 25 Connector, Male, Tin - Plated Shell, 0.318in (8.08mm) Mount, Rt Angle PCB w/ Boardocks, Female Screwlocks
13		J6, J7	2	Samtec	TSW - 105 - 07 - G - D	Terminal Strip, 10 - Pin (5x2)
14		JMP2, JMP9	2	Samtec	TSW - 102 - 07 - G - S	Terminal Strip, 2 - Pin (2x1)
15		JMP1, JMP3	2	Samtec	TSW - 102 - 07 - G - D	Terminal Strip, 4 - Pin (2x2)
16	10	R7 - R9	3	Vishay Dale or Equivalent	CMF - 55 10R0BT - 9	Resistor, Metal Film, Axial Lead, 10Ω, ± 0.1%, 1/4W
17	475	R18 - R22	5	Panasonic or equivalent	ERJ - 6ENF4750V	Resistor, Thick Film SMT, 475Ω, ± 1%, 1/10W, Size = 0805
18	6.81K	R16, R17	2	Vishay Dale or Equivalent	CMF - 55 6811BT - 9	Resistor, Metal Film, Axial Lead, 6.81kΩ ± 0.1%, 1/4W
19	10K	RN1, RN3	2	CTS	742C083103J	Thick Film Chip Resistor Array, 10kΩ, 8 Terminal, 4 Resistors, Isolated
20	47K	RN2	1	CTS	742C083473J	Thick Film Chip Resistor Array, 47kΩ, 8 Terminal, 4 Resistors, Isolated
21		SW1	1	ITT Industries/C&K	TDA04H0SK1	DIP Switch, 4 Element, Half Pitch Surface - Mount, Tape Sealed
22		TP7, TP8, TP10	3	Keystone Electronics	5006	PCB Test Point, Compact Style, Black
23		U1	1	Texas Instruments	PGA2500IDB	Digitally - Controlled Microphone Preamplifier
24		U2	1	Texas Instruments	SN74AHCT541PW	Octal Buffer/Driver
25			4	3M Bumpon	SJ - 5003	Rubber Feet, Adhesive Backed
26			4	Samtec	SNT - 100 - BK - G - H	Shorting Blocks

这份物料清单对于我们进行硬件设计和维护非常重要，大家在实际使用中可以根据这些信息来选择合适的组件。你在根据物料清单采购组件时有没有遇到过什么问题呢？

5. 软件安装与操作

5.1 应用程序软件概述

随 PGA2500EVM 提供的应用程序软件允许用户通过配备并行打印机端口并运行 Windows 9x、2000 或 XP 操作系统的 PC 控制评估模块。软件提供了一个简单的图形用户界面，用户可以通过该界面编程 PGA2500 的 16 位控制字，支持所有可编程功能。

5.2 软件安装步骤

安装应用程序软件的步骤如下：

1. 将随附的 CD-ROM 插入 PC 的 CD-ROM 驱动器。
2. 在 CD-ROM 上找到名为 Apps Software 的目录。
3. 将 Apps Software 文件夹复制到硬盘。
4. 打开硬盘上的 Apps Software 文件夹，其中包含两个文件：
   • PGA2500EVM.exe，可执行程序文件。
   • inpout32.dll，在 Windows 9x、2000 和 XP 上进行并行端口操作所需的驱动文件。
5. 使用鼠标点击并按住 PGA2500EVM.exe 文件图标，将其拖到桌面创建程序文件的快捷方式。可根据需要重命名快捷方式，但建议在名称中包含 PGA2500。

5.3 软件使用方法

通过双击安装过程中创建的桌面快捷方式启动程序。主面板将显示在屏幕上，用户可以选择用于与 PGA2500EVM 通信的并行端口地址。主面板还包括一个重置按钮，用于将 PGA2500 的 16 位控制字设置为默认条件：

• DC 伺服启用（DC 位设置为 0）。
• 共模伺服禁用（CM 位设置为 0）。
• 过载电平设置为 5.1Vrms（OL 位设置为 0）。
• 通用数字输出位 GPO1 至 GPO4 均设置为 0。
• 增益设置为 0dB（增益位 G0 至 G5 均设置为 0）。

点击主面板中的 PGA2500 面板按钮将打开设备面板。设备面板包含多个对象组，用于控制 PGA2500 控制字中的各个位。软模式控制组包括用于切换 DC 伺服、共模伺服、过载和 GPO1 至 GPO4 控制位状态的复选框。增益组包括一个滑块用于设置 PGA2500 的增益，以及用于显示编程增益和总线数据的文本显示。还提供了一个回读按钮，用于读取和显示控制字的十六进制值，主要用于软件和硬件诊断。最后，清除按钮用于将 PGA2500 控制字中的所有数据位设置为 0。

总结

PGA2500EVM 评估模块为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估 PGA2500 数字控制麦克风前置放大器的性能和功能。通过了解其硬件组成、配置方法和软件操作，工程师可以更好地利用该评估模块进行音频处理和麦克风前置放大设计。在使用过程中，务必遵循相关的警告和注意事项，确保设备的安全和正常运行。大家在使用 PGA2500EVM 过程中如果遇到任何问题，欢迎在评论区交流讨论。