深度解析ADAU1860/ADAU1860 - 1音频编解码器：性能、应用与设计要点

引言

在音频技术飞速发展的今天，高性能、低功耗的音频编解码器成为了众多音频设备的核心组件。ADAU1860/ADAU1860 - 1作为一款具有卓越性能的音频编解码器，在噪声消除、音频处理等领域展现出了强大的优势。本文将深入剖析ADAU1860/ADAU1860 - 1的特性、性能指标、工作原理以及应用设计要点，为电子工程师在音频设计中提供全面的参考。

文件下载：ADAU1860.pdf

一、产品概述

ADAU1860/ADAU1860 - 1是一款集成了三个输入和一个输出，并包含两个数字信号处理器（DSP）的音频编解码器。该产品从模拟输入到DSP核心再到模拟输出的路径经过优化，具有低延迟的特点，非常适合用于降噪耳机等对音频质量和实时性要求较高的应用场景。只需添加少量无源组件，ADAU1860/ADAU1860 - 1就能提供完整的耳机解决方案。需要注意的是，ADAU1860仅面向中国境内客户订购，而ADAU1860 - 1则面向中国境外客户。

二、产品特性

（一）强大的音频处理能力

1. 可编程FastDSP音频处理引擎：配备Tensilica HiFi 3z DSP核心，每周期具有Quad MAC（24 × 24位乘法器和64位累加器），能够实现高效的音频处理。支持双二阶滤波器、限幅器、音量控制和混音等功能，为音频处理提供了丰富的手段。
2. 宽采样率范围：最高支持768 kHz的采样率，可满足不同音频应用对采样精度的要求。
3. 灵活的电源操作模式：提供24.576 MHz、49.152 MHz、73.728 MHz和98.304 MHz等多种时钟频率，可根据实际应用需求选择合适的工作模式，以平衡性能和功耗。

（二）出色的音频性能

1. 高信噪比：ADC的信噪比可达106 dB（带A加权滤波器），DAC和耳机组合的信噪比可达110 dB（带A加权滤波器），能够有效减少噪声干扰，提供清晰、纯净的音频信号。
2. 低失真：在20 Hz至20 kHz的频率范围内，THD + N（总谐波失真加噪声）指标表现优秀，如差分输入模式下增强性能时可达 - 95 dBFS，确保音频信号的高保真度。

（三）丰富的接口和功能

1. 多种输入输出接口：具有3个差分或单端模拟输入，可配置为麦克风或线路输入；8个数字麦克风输入；模拟差分音频输出，可配置为线路输出或耳机驱动；2个PDM输出通道。
2. 灵活的通信接口：支持I2C、SPI、UART等控制端口，以及Master quad SPI（QSPI）和UART通信端口，方便与其他设备进行通信和控制。
3. 自启动功能：可通过QSPI闪存实现自启动，简化了系统的启动过程。
4. 灵活的GPIO和IRQ：提供灵活的通用输入输出引脚和中断功能，方便进行系统扩展和控制。

三、性能指标

（一）模拟性能

1. ADC性能：分辨率为24位，数字增益步长为0.375 dB，增益范围为 - 71.25至 + 24 dB。不同输入模式下（单端、差分）的输入电阻、动态范围、信噪比、THD + N等指标表现良好，且在不同工作模式（非语音唤醒、语音唤醒、增强性能、正常性能、节能等）下具有不同的特性。
2. DAC性能：内部转换器分辨率为24位，数字增益步长和范围与ADC相同，斜坡速率为4.5 dB/ms。差分输出时，满量程输出电压为1.0 V rms，动态范围和信噪比在不同条件下表现出色，耳机输出功率在不同负载下也能满足需求。

（二）数字性能

1. 数字滤波器：ADC输入到DAC输出路径的通带纹波在DC至20 kHz范围内为 ± 0.02 dB，不同采样频率下的群延迟不同。采样率转换器在不同FSYNC频率下具有不同的通带特性，音频带纹波在20 Hz至20 kHz范围内为 - 0.1至 + 0.1 dB，动态范围可达130 dB。
2. 数字定时：对主时钟、音频串行端口、PDM输出等的定时参数进行了详细规定，确保数字信号的准确传输和处理。

（三）电源和功耗

1. 电源规格：AVDD、HPVDD、IOVDD电压范围为1.7至1.98 V，DVDD电压范围为0.85至1.21 V，HPVDD_L电压范围为1.2至HPVDD。
2. 功耗：在不同工作模式和配置下，各电源的电流消耗不同，如在典型功耗测试中，不同通道配置和工作状态下的电流消耗有所差异。

四、工作原理

（一）信号处理流程

输入信号可以是差分或单端模拟麦克风输入，也可以是数字麦克风输入。每个输入信号经过可编程增益放大器（PGA）进行音量调整后，进入24位Σ - Δ ADC进行模数转换。转换后的数字信号经过FastDSP和Tensilica HiFi 3z DSP核心进行音频处理，如滤波、混音等操作。处理后的信号再经过24位DAC进行数模转换，最终输出模拟音频信号，可驱动耳机或线路输出。

（二）时钟生成

ADAU1860/ADAU1860 - 1可以通过板载可旁路的分数PLL从宽范围的输入时钟生成内部时钟，PLL接受30 kHz至36 MHz的输入。对于独立操作，也可以使用板载晶体振荡器生成时钟。

（三）编程和控制

通过Lark Studio图形用户界面（GUI）可以对FastDSP和Tensilica HiFi 3z DSP核心进行编程和控制。用户可以在GUI中连接图形块（如双二阶滤波器、音量控制和算术运算），编译设计，并将程序和参数文件通过控制端口加载到ADAU1860/ADAU1860 - 1的内存中。同时，该工具还允许用户将设计下载到外部闪存中，实现自启动操作。

五、应用设计要点

（一）电源旁路电容

每个模拟和数字电源引脚都应通过一个0.1 μF的电容旁路到最近的合适接地引脚。同时，在PCB上的每个电源信号都应使用一个10 μF至47 μF的大容量电容进行旁路。在布局时，要确保电容两侧的连接尽可能短，且走线在单层上无过孔，电容应与电源和接地引脚等距放置，若无法等距则可稍靠近电源引脚，并在电容另一侧与接地平面进行热连接。

（二）PCB布局

HPVDD和HPVDD_L电源用于耳机放大器，若启用耳机放大器，连接到HPVDD和HPVDD_L引脚的PCB走线应比其他引脚的走线更宽，以提高电流承载能力。耳机输出线也应使用更宽的走线。

（三）接地设计

在应用布局中应使用单一接地平面，将模拟信号路径中的组件与数字信号隔离开，以减少干扰。

六、应用领域

ADAU1860/ADAU1860 - 1适用于多种音频应用场景，包括但不限于：

1. 降噪手机、耳机和头戴式耳机：利用其低延迟和高信噪比的特性，有效消除环境噪声，提供清晰的音频体验。
2. 蓝牙主动降噪（ANC）设备：实现高效的降噪功能，提升音频质量。
3. 个人导航设备：提供清晰的语音导航提示。
4. 数码相机和摄像机：处理音频录制和回放，确保音频质量。
5. 乐器效果处理器：实现各种音频效果的处理。
6. 多媒体扬声器系统：提供高品质的音频输出。
7. 智能手机：提升手机的音频性能。

七、总结

ADAU1860/ADAU1860 - 1音频编解码器以其强大的音频处理能力、出色的音频性能、丰富的接口和功能，以及灵活的编程和控制方式，成为了音频设计领域的优秀选择。电子工程师在设计音频设备时，可以根据具体应用需求，充分利用该编解码器的特性，优化设计方案，提高产品的音频质量和性能。同时，在应用设计过程中，要注意电源旁路电容、PCB布局和接地设计等要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似编解码器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。