德州仪器PCM2904/PCM2906立体声音频编解码器：特性、应用与设计指南

在当今数字化音频的时代，高质量的音频编解码器对于各种音频设备至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的PCM2904和PCM2906立体声音频编解码器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为众多音频应用的理想选择。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

PCM2904和PCM2906是德州仪器推出的单芯片USB立体声音频编解码器，集成了符合USB全速协议的控制器。两者的主要区别在于，PCM2906带有S/PDIF接口，而PCM2904则没有。它们采用了TI独特的SpAct™架构，能够从USB数据包数据中恢复音频时钟，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。

特性亮点

1. USB接口

• 全速传输：内置全速收发器，完全符合USB 1.1规范，并通过了USB-IF认证。
• 可编程描述符：部分描述符可编程，方便用户根据需求进行定制。
• 自适应与异步模式：支持USB自适应播放模式和异步录制模式，总线供电，使用方便。

2. 高精度ADC和DAC

• 16位Delta - Sigma架构：提供高精度的音频转换，确保音频质量。
• 多样采样率：DAC支持32、44.1、48 kHz采样率，ADC支持8、11.025、16、22.05、32、44.1、48 kHz采样率，满足不同应用需求。

3. 出色的模拟性能

• 立体声ADC：在$V_{BUS}=5V$时，THD + N低至0.01%，SNR达到89 dB，动态范围为89 dB。
• 立体声DAC：在$V_{BUS}=5V$时，THD + N低至0.005%，SNR达到96 dB，动态范围为93 dB。

4. 多功能设计

• HID控制：支持人体接口设备（HID）音量控制和静音控制，方便用户操作。
• 暂停标志：具备暂停标志功能，可实现低功耗的暂停模式。

5. 时钟与电源管理

• 内置时钟发生器：使用单个12 - MHz时钟源，可通过内置振荡器或外部时钟提供。
• 单电源供电：典型电压为5V，电源要求简单。

应用领域

PCM2904和PCM2906适用于多种USB音频应用，包括但不限于：

• USB音频扬声器：为扬声器提供高质量的音频解码和输出。
• USB耳机：实现耳机的音频录制和播放功能。
• USB显示器：为显示器添加音频功能。
• USB音频接口盒：作为音频信号的转换和传输接口。

电气特性与性能指标

1. 绝对最大额定值

在设计电路时，必须注意PCM2904/PCM2906的绝对最大额定值，如电源电压范围为 - 0.3至6.5V，输入电流（除电源引脚外）最大为±10 mA等。超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏。

2. 电气特性

在$T{A}=25^{circ}C$，$V{BUS}=5V$，$f_{S}=44.1kHz$，16位数据的条件下，详细的电气特性包括输入输出逻辑电平、时钟频率、ADC和DAC的分辨率、增益匹配、动态性能等。例如，ADC的THD + N在不同输入电压下有不同表现，DAC的动态范围和SNR也非常出色。

3. 典型特性

通过一系列图表展示了PCM2904/PCM2906在不同条件下的典型特性，如THD + N与温度、采样频率、电源电压的关系，以及动态范围和SNR与温度的关系等。这些特性对于评估设备在不同工作环境下的性能非常有帮助。

引脚分配与功能

PCM2904和PCM2906采用28引脚SSOP封装，每个引脚都有明确的功能定义。例如，D + 和D - 用于USB差分输入输出，HID0、HID1、HID2用于HID按键状态输入，VINL和VINR用于ADC模拟输入，VOUTL和VOUTR用于DAC模拟输出等。了解引脚功能对于正确连接和使用设备至关重要。

接口与配置

1. USB接口

控制数据和音频数据通过D + 和D - 引脚以全速传输到PCM2904/PCM2906。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，并且部分描述符可以根据需求进行修改。

2. 设备配置

PCM2904/PCM2906有四个接口，每个接口有不同的替代设置。接口0为控制接口，接口1为音频流数据输出接口，接口2为音频流数据输入接口，接口3为中断数据输入接口。同时，设备还有四个端点，分别用于控制、音频数据输出、音频数据输入和HID功能。

时钟与复位

PCM2904/PCM2906需要一个12 - MHz（±500 ppm）的时钟来实现USB和音频功能。时钟可以由内置振荡器和12 - MHz晶体谐振器产生，也可以使用外部时钟。设备具有内部上电复位电路，当$V_{BUS}$超过2.5V时自动触发复位。

数字音频接口（PCM2906）

PCM2906支持S/PDIF输入和输出。主机的等时输出数据可以编码为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。S/PDIF支持48 - kHz、44.1 - kHz和32 - kHz的16位立体声数据格式。

典型电路连接

文档中给出了PCM2904和PCM2906的典型电路连接示例，包括简单应用的电路。在设计电路时，需要注意电容的选择和布局，以满足USB规范和获得良好的模拟性能。例如，$C{1}$、$C{2}$通常选择10 µF，$C{3}$、$C{4}$等选择1 µF，$C{5}$、$C{6}$的电容值取决于晶体谐振器。

应用信息与注意事项

在实际应用中，需要关注PCM2904/PCM2906的工作环境。对于最新的工作环境信息，可以参考应用报告SLAA374。同时，在使用过程中要注意静电防护，避免ESD对设备造成损坏。

总结

德州仪器的PCM2904和PCM2906立体声音频编解码器，以其丰富的功能、出色的性能和便捷的使用方式，为各种USB音频应用提供了可靠的解决方案。无论是音频设备制造商还是电子工程师，在设计音频系统时，都可以考虑这两款编解码器。希望通过本文的介绍，能让大家对PCM2904和PCM2906有更深入的了解，在实际应用中发挥它们的最大优势。大家在使用过程中有遇到什么问题或者有独特的设计经验，欢迎在评论区分享交流！