德州仪器PCM270xC系列立体声音频DAC：特性、应用与设计要点

在音频设备设计领域，一款性能出色的数字 - 模拟转换器（DAC）至关重要。德州仪器（TI）的PCM270xC系列，包括PCM2704C、PCM2705C、PCM2706C和PCM2707C，就是这样一组值得关注的立体声音频DAC，它们具备USB接口、单端耳机输出和S/PDIF输出等功能，为音频设计带来了诸多便利。

文件下载：pcm2705c.pdf

特性亮点

集成USB接口

PCM270xC系列采用片上USB接口，无需专用设备驱动，支持全速收发器，完全符合USB 2.0规范，同时具备USB 1.1描述符并支持USB音频类。该接口还通过了USB - IF认证，部分描述符可进行编程，采用自适应等时传输进行播放，支持总线供电或自供电操作。这使得设备在与USB设备连接时更加便捷，兼容性也大大增强。

灵活的采样率和时钟源

支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz的采样率，片上时钟发生器只需一个12 - MHz的时钟源，为音频数据的处理提供了稳定的时钟基础。无论是何种音频格式，都能保证数据的准确传输和处理。

出色的模拟性能

采用16位Delta - Sigma立体声DAC，在5 V（总线供电）和3.3 V（自供电）的情况下都有良好的表现。总谐波失真加噪声（THD + N）低至0.006%（(R_{L}>10 k Omega)，自供电），信噪比（SNR）高达98 dB，动态范围达到98 dB，能有效还原音频信号，减少失真和噪声干扰。同时，还具备过采样数字滤波器，通带纹波为±0.04 dB，阻带衰减为 - 50 dB，进一步提升了音频质量。

多功能设计

提供多达八个HID接口（具体取决于型号和设置），支持暂停标志、带SCMS的S/PDIF输出、外部ROM接口（PCM2704C/6C）、串行编程接口（PCM2705C/7C）以及I2S接口（PCM2706C/7C可选）。这些丰富的功能使得PCM270xC系列能够适应不同的应用场景，满足多样化的设计需求。

应用场景

USB音频设备

如USB耳机、USB音频扬声器、USB CRT/LCD显示器和USB音频接口盒等。其USB接口的便利性使得这些设备能够直接与计算机或其他USB主机连接，实现音频的播放和传输。

USB特色消费音频产品

在一些具有USB功能的消费音频产品中，PCM270xC系列可以提供高质量的音频转换和输出，提升产品的音频性能。

详细描述

功能概述

PCM2704C/5C/6C/7C是单芯片USB立体声音频DAC，具备USB 2.0兼容的全速协议控制器和S/PDIF。USB协议控制器无需软件代码，但部分USB描述符可通过外部ROM（PCM2704C和PCM2706C）或串行外设接口（SPI）（PCM2705C和PCM2707C）进行修改。同时，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，片上模拟锁相环（PLL）配合SpAct实现低时钟抖动的播放。

功能框图

从功能框图可以看出，该系列芯片包含电源管理、USB协议控制、DAC、S/PDIF编码器等模块。电源管理模块负责将5 V转换为3.3 V，为芯片提供稳定的电源；USB协议控制器处理USB数据的传输和控制；DAC将数字音频信号转换为模拟信号，通过耳机放大器输出；S/PDIF编码器将音频数据编码为S/PDIF格式输出。

特性描述

时钟和复位

芯片需要一个12 - MHz（±500 ppm）的时钟，可以由板载振荡器使用12 - MHz晶体谐振器产生，也可以由外部时钟提供。同时，具备内部上电复位电路，当(V_{DD})超过2 - V典型值（1.6至2.4 V）时，自动进行复位操作。

操作模式选择

通过PSEL引脚选择电源配置，可设置为总线供电或自供电模式；HOST引脚在总线供电模式下配置最大电流消耗，在自供电模式下可作为主机检测器。PCM2706C/7C还可以通过FSEL引脚选择功能，如I2S接口或S/PDIF输出。

DAC

采用过采样技术和二阶多位噪声整形，有效降低音频带内的量化噪声，内置的模拟低通滤波器可去除噪声整形信号的高频成分。DAC模拟输出能够提供12 mW（(R{L}=32 Omega)）的功率，以及(1.8 ~V{PP})（(R_{L}=10 k Omega)）的输出电压。

数字音频接口

支持S/PDIF输出，遵循IEC - 60958标准，将主机的等时输出数据编码为S/PDIF格式输出。PCM2706C和PCM2707C还支持I2S接口，通过FSEL引脚启用，可提供16位I2S格式的数字输出/输入数据。

描述符数据修改

描述符数据可通过外部ROM（PCM2704C/6C）或SPI主机（PCM2705C/7C）进行修改，但需要特定的PSEL和HOST引脚配置。在修改描述符数据时，要注意D + 引脚上拉电阻的激活时间，以及数据的传输格式和字节顺序。

编程

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的部分内容可通过外部ROM或SPI进行修改。

接口配置

接口0为控制接口，描述标准音频控制接口，包含输入终端、输出终端和特征单元；接口1为音频流数据输出接口，有多种可选配置；接口2为HID接口，可报告多个按键状态。

端点

芯片具有三个端点：控制端点、等时输出音频数据流端点和HID端点。控制端点负责控制芯片的所有功能；等时输出音频数据流端点接收PCM音频数据；HID端点每10 ms报告一次HID状态。

应用与设计要点

典型应用

USB扬声器

以一个内部描述符、总线供电、500 - mA的应用为例，电路连接相对简单。只需将芯片直接连接到USB端口，配合外部ROM进行描述符编程，同时注意HID端口开关的连接方式和输出滤波器的放置。

远程耳机

对于总线供电、100 - mA的耳机应用，同样要注意电源和描述符编程的设置，同时利用芯片的多个HID接口实现更多功能。

DSP环绕处理放大器

在自供电且支持I2S和SPI的应用中，要确保电源的稳定性和SPI通信的正确性，同时合理配置芯片的各个引脚。

电源供应

芯片在自供电模式下需要3 V至3.6 V的电压源，建议在每个电压源引脚附近放置去耦电容，以过滤低频电源噪声。

布局设计

去耦电容应尽量靠近芯片引脚，可参考示例布局进行设计。由于芯片为低功耗设备，无需特殊的散热PCB设计。

总结

德州仪器的PCM270xC系列立体声音频DAC以其丰富的功能、出色的性能和灵活的设计，为音频设备设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在USB音频设备还是消费音频产品中，都能发挥重要作用。在实际设计过程中，电子工程师需要充分了解芯片的特性和应用要求，合理进行电路设计和布局，以实现最佳的音频效果。大家在使用PCM270xC系列芯片时，有没有遇到过一些特别的问题或者有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。