德州仪器PCM186x音频ADC：高性能与灵活性的完美结合

在音频前端设备的领域中，德州仪器（TI）的PCM186x系列音频ADC无疑是一颗璀璨的明星。它为音频功能集成带来了全新的思路，不仅能轻松符合欧洲生态设计立法要求，还能以更低的成本实现高性能的终端产品。今天，咱们就来深入剖析一下这个系列的音频ADC。

文件下载：pcm1862.pdf

一、产品概述

PCM186x系列包含PCM1860、PCM1861、PCM1862、PCM1863、PCM1864和PCM1865等型号。它们支持单电源3.3V供电，在小封装内集成了可编程增益放大器（PGA），这使得实现更小、更智能的产品成为可能，同时还能降低成本。

这个系列的音频前端支持从毫伏级麦克风输入到2.1 (V_{RMS}) 线路输入的单端输入电平，无需外部电阻分压器。前端混音器（MIX）、多路复用器（MUX）和PGA还支持差分（Diff）、伪差分和单端（SE）输入，非常适合需要抑制干扰的产品。此外，PCM186x还集成了许多系统级功能，能够辅助或替代一些DSP功能。

二、核心特性

（一）高SNR性能

不同型号有着不同的SNR表现，像PCM1861/63/65的SNR能达到110 dB，而PCM1860/62/64也有103 dB。这种高SNR性能能够有效降低噪声，提升音频的纯净度。大家在实际设计中，可以根据对音频质量的要求来选择合适的型号。

（二）灵活的采样率和通道配置

ADC采样率范围从8 kHz到192 kHz，并且最多可提供四个独立的ADC通道。单端输入时满量程为2.1 (V{RMS}) ，差分输入时为4.2 (V{RMS}) 。这种灵活的配置可以满足不同应用场景下对采样率和通道数量的需求。

（三）多样的控制方式

有硬件（HW）控制和软件（SW）控制两种方式可供选择。PCM1860/61采用硬件控制，而PCM1862/63/64/65则支持软件控制（ (I^{2} C) 或SPI）。软件控制的型号还支持最多四个数字麦克风，这为设计带来了更多的可能性。

（四）可编程增益放大器（PGA）

PCM186x的PGA是混合式的模拟和数字可编程增益放大器。PCM1860/61有固定增益选项，如0 dB、12 dB、32 dB；而PCM1862/63/64/65的增益则可以通过软件控制，范围从 -12 dB到 +32 dB。这种可编程的增益放大器能够根据不同的输入信号强度进行灵活调整，以达到最佳的放大效果。

（五）低功耗设计

在3.3V供电下，PCM1860/61/62/63的功耗小于85 mW，PCM1864/65的功耗小于145 mW。同时，还具备Energysense音频内容检测器，可实现自动系统唤醒和睡眠功能，进一步降低功耗。

三、应用领域

PCM186x系列的应用十分广泛，常见于家庭影院和电视、语音控制设备、蓝牙扬声器以及麦克风阵列处理器等。在这些应用中，它的高性能和灵活性能够充分发挥出来，为用户带来更好的音频体验。

四、详细功能解析

（一）模拟前端

PCM186x的模拟前端非常灵活，支持差分和单端输入。在单端模式下可支持高达2.1 (V{RMS}) 的输入，差分模式下则可达到4.2 (V{RMS}) 。软件控制的型号还具备混音和多路复用功能，能够实现输入信号的灵活组合。不过，在使用时要注意，模拟输入引脚需要使用直流阻隔电容，以确保正确的直流偏置条件。

（二）麦克风支持

该系列支持模拟和数字麦克风。模拟信号的处理与线路电平信号类似，但需要麦克风偏置。数字麦克风输入使用GPIO引脚，不同型号对数字麦克风的支持数量也有所不同。例如，PCM1864和PCM1865最多可支持四个数字麦克风。

（三）时钟系统

PCM186x拥有极其灵活的时钟架构。它可以使用外部晶体或CMOS电平时钟作为时钟源，并且集成了片上锁相环（PLL），能够从位时钟输入生成片上主时钟。这种设计在音频源没有主时钟来驱动数模转换器（DAC）和放大器的系统中非常有用。同时，片上时钟监控系统还可以被系统微控制器监控，以确保时钟的稳定性。

（四）二次ADC

二次ADC是一个低功耗、非音频ADC，主要用于睡眠模式下监控模拟输入，以及在controlsense模式下测量系统中的直流电压，如电池电压和控制电位器。它还能在检测到电压超过特定阈值时生成中断，让微控制器在控制电压稳定时进入低功耗睡眠模式。

（五）可编程功能

软件控制的PCM186x设备可以通过 (I^{2} C) 或SPI进行配置和控制。控制寄存器可以实现各种功能的配置，如音频数据格式、数字滤波器选择、模拟输入通道和PGA增益等。

五、电源和布局建议

（一）电源

PCM186x使用3.3V功能块和1.8V功能块的组合，以实现高模拟性能和高度的数字集成。它有三个内部电源轨：AVDD为模拟电路提供3.3V的干净电源，DVDD用于3.3V数字时钟电路，IOVDD用于驱动输入/输出数字电路。内部集成的LDO可以将外部3.3V转换为数字核心所需的1.8V。

（二）布局

在PCB布局时，要尽量将模拟和数字部分分开，避免数字噪声耦合到模拟信号中。去耦电容要尽量靠近电源引脚，并且与设备在同一层。同时，在输入走线之间放置接地平面可以降低串扰。

六、总结

总的来说，德州仪器的PCM186x系列音频ADC以其高性能、灵活性和低功耗等优点，为音频前端设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在家庭影院、语音控制设备还是其他音频相关的应用中，它都能发挥出重要的作用。作为电子工程师，我们在设计音频产品时，可以充分考虑PCM186x系列的这些特性，以实现更好的产品性能和更低的成本。大家在实际使用过程中，如果遇到什么问题或者有什么新的发现，欢迎在评论区一起交流探讨。