TI PCM1780/81/82音频DAC：高性能音频转换的理想之选

在音频处理领域，数字到模拟转换器（DAC）的性能直接影响着音频质量。德州仪器（TI）的PCM1780、PCM1781和PCM1782系列24位、192 - kHz采样的音频DAC，凭借其卓越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几款产品。

文件下载：pcm1780.pdf

产品概述

PCM1780/81/82是CMOS单片集成电路，采用小型16引脚SSOP封装，集成了立体声数模转换器和支持电路。它们运用TI的增强型多级Δ - Σ架构，实现了出色的动态性能，并提高了对时钟抖动的容忍度。该系列支持16 - 24位的行业标准音频数据格式，能轻松与音频DSP和解码芯片接口，最高支持200 kHz的采样率。

产品特性

高分辨率与出色性能

• 分辨率：拥有24位分辨率，能够提供更细腻、更丰富的音频细节。
• 动态范围与信噪比：在(V_{CC}=5V)的条件下，典型动态范围和信噪比可达106 dB，能有效减少噪声干扰，还原纯净的音频信号。
• 总谐波失真加噪声（THD + N）：典型值低至0.002%，确保音频信号的高保真度。
• 满量程输出：典型值为3.9 Vp - p，能提供足够的驱动能力。

灵活的数字滤波

具备4×/8×过采样数字滤波器，通带纹波仅为±0.04 dB，阻带衰减可达 - 50 dB，能有效滤除杂波，优化音频信号。

宽采样频率范围

采样频率范围为5 kHz至200 kHz，系统时钟支持128(f{S})、192(f{S})、256(f{S})、384(f{S})、512(f{S})、768(f{S})、1152(f_{S})，并能自动检测，适应多种应用场景。

多样的控制方式

• 软件控制（PCM1780/82）：通过三线串行控制端口，支持多种音频数据格式，如右对齐、I2S和左对齐，还具备数字衰减、数字去加重、数字滤波器滚降选择、软静音等功能。
• 硬件控制（PCM1781）：通过四个控制引脚，支持I2S和16位字、右对齐格式，以及数字去加重和软静音功能。

电气特性与性能曲线

电气特性

在(T{A}=25^{circ}C)，(V{CC}=5V)，(f{S}=48kHz)，系统时钟 = 512(f{S})和24位数据的条件下，各项参数表现优异。例如，增益误差在±1% - ±6% FSR之间，通道间增益失配在±1% - ±6% FSR之间，能保证音频信号的准确传输。

典型性能曲线

文档中给出了丰富的典型性能曲线，包括数字滤波器（去加重关闭）的频率响应、模拟滤波器性能、电源电压特性和温度特性等。这些曲线直观地展示了产品在不同条件下的性能表现，为工程师的设计提供了重要参考。

系统时钟与复位功能

系统时钟输入

PCM1780/81/82需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级Δ - Σ调制器。系统时钟通过SCK输入（引脚5），不同的采样频率对应着多种系统时钟频率选择。为了获得最佳性能，建议使用低相位抖动和噪声的时钟源，TI的PLL170x系列多时钟发生器是不错的选择。

上电复位功能

该系列产品具备上电复位功能。当系统时钟激活且(V{CC}>3V)（典型值，范围为2.2 V - 3.7 V）时，上电复位功能启用。复位期间（3072个系统时钟），模拟输出被强制设置为公共电压(V{COM})，复位完成后，内部寄存器在(1 / f_{S})周期内初始化，设备开始正常工作。

音频接口与数据格式

音频串行接口

由三线同步串行端口组成，包括LRCK（引脚8）、BCK（引脚7）和DATA（引脚6）。BCK用于将串行数据时钟输入到音频接口的串行移位寄存器，LRCK用于将串行数据锁存到内部寄存器。LRCK和BCK应与系统时钟同步，理想情况下应从系统时钟输入SCK派生。

音频数据格式

PCM1780/82支持右对齐、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式，PCM1781支持I2S和16位字、右对齐格式。所有格式都要求音频数据为MSB优先、二进制补码形式。

零标志功能

PCM1780/82

每个输出通道的零检测是独立的。如果某个通道的数据在1024个采样周期内保持为0电平，则该通道会触发零检测条件，对应的零标志引脚（ZEROL或ZEROR）会置为逻辑1状态。零标志输出的极性可以通过设置控制寄存器22的ZREV位来反转，L通道和R通道的公共零标志可以通过设置AZRO位来选择。在PCM1782上，ZEROL和ZEROR是开漏输出。

PCM1781

具有一个零标志引脚ZEROA（引脚16），它是L通道和R通道的公共零标志引脚。当L通道和R通道的数据在1024个采样周期内保持为0电平时，ZEROA置为逻辑1状态。

模拟输出与应用信息

模拟输出

PCM1780/81/82包含两个独立的输出通道(V{OUT}L)和(V{OUT}R)，为不平衡输出，每个通道典型情况下能驱动3.9 Vp - p的信号到5 kΩ交流耦合负载。内部输出放大器偏置到直流公共电压(V{COM})（等于(0.5V{CC})），并集成了RC连续时间滤波器，有助于减少Δ - Σ DAC输出的带外噪声能量。但对于许多应用，还需要外部低通滤波器来进一步抑制带外噪声。

应用信息

• 连接图：文档给出了基本连接图，建议在SCK、LRCK、BCK和DATA输入使用22 Ω - 100 Ω的串联电阻，以减少高频噪声发射和抑制时钟及数据线上的毛刺和振铃。
• 电源与接地：需要5 V电源，建议采用适当的电源旁路措施。为了避免数字电源的开关噪声影响模拟电源，建议为数字和模拟部分分别使用独立的电源。如果使用公共5 V电源，应在模拟和数字5 V电源连接之间放置电感（RF扼流圈、铁氧体磁珠）。
• PCB布局：建议使用接地平面，并通过分割或切割电路板来隔离模拟和数字部分。PCM1780/81/82的数字I/O引脚应朝向接地平面分割处，以实现与数字音频接口和控制信号的短而直接的连接。

总结

TI的PCM1780/81/82系列音频DAC以其高分辨率、出色的动态性能、丰富的功能和灵活的控制方式，为音频设计工程师提供了强大的工具。无论是A/V接收器、DVD播放机、高清电视接收器还是汽车音频系统等应用，该系列产品都能满足对高品质音频转换的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体应用场景，合理选择产品型号，并遵循文档中的设计指南，以充分发挥产品的性能优势。

各位工程师朋友，你们在音频设计中有没有使用过类似的DAC产品呢？在设计过程中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享交流。