探索WM8766：6通道音频DAC的卓越性能与应用

在音频处理领域，一款高性能的数模转换器（DAC）对于提升音频质量至关重要。今天，我们将深入探讨Wolfson Microelectronics公司的WM8766，这是一款24位、192kHz的6通道DAC，广泛应用于DVD、环绕声处理等领域。

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一、WM8766概述

1. 产品定位

WM8766是一款多通道音频DAC，专为家庭高保真音响、汽车以及其他视听设备的DVD和环绕声处理应用而设计。它集成了三个立体声24位多位Σ - Δ DAC，并配备过采样数字插值滤波器，支持16 - 32位的数字音频输入字长和8kHz - 192kHz的采样率。每个DAC通道都具备独立的数字音量和静音控制功能。

2. 关键特性

• 多通道设计：6通道DAC，可满足多声道音频处理需求。
• 出色的音频性能：103dB SNR（‘A’加权 @ 48kHz），提供高质量的音频输出。
• 灵活的控制接口：支持3线SPI串行或硬件控制接口，方便用户进行配置。
• 可编程音频数据接口模式：支持I2S、左对齐、右对齐和DSP数字音频格式。
• 宽电压范围：模拟电源电压范围为2.7V - 5.5V，数字电源电压范围为2.7V - 3.6V。
• 小巧封装：采用28引脚SSOP封装，节省电路板空间。

二、引脚配置与功能

1. 引脚配置

WM8766采用28引脚SSOP封装，各引脚功能明确。例如，MODE引脚用于控制格式选择，MCLK引脚提供主时钟，BCLK和LRCLK用于音频接口的位时钟和左右字时钟等。具体引脚配置如下表所示：	PIN	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	MODE	Digital input	Control format selection 0 = Software control 1 = Hardware control
2	MCLK	Digital input	Master clock; 128, 192, 256, 384, 512 or 768fs (fs = word clock frequency)
3	BCLK	Digital input/output	Audio interface bit clock
4	LRCLK	Digital input/output	Audio left/right word clock
5	DVDD	Supply	Digital positive supply
6	DGND	Supply	Digital negative supply
7	DIN1	Digital input	DAC channel 1 data input
8	DIN2	Digital input	DAC channel 2 data input
9	DIN3	Digital input	DAC channel 3 data input
10	DNC	Do not connect	Do not connect
11	ML/I2S	Digital input	Software Mode: Serial interface Latch signal Hardware Mode: Input Audio Data Format
12	MC/IWL	Digital input	Software Mode: Serial control interface clock Hardware Mode: Audio data input word length
13	MD/DM	Digital input	Software Mode: Serial interface data Hardware Mode: De - emphasis selection
14	MUTE	Digital input/output	DAC Zero Flag output or DAC mute input
15	TESTREF	Analogue output	Test reference
16	VREFN	Supply	DAC negative supply
17	VREFP	Supply	DAC positive reference supply
18	VMID	Analogue output	Midrail divider decoupling pin; 10uF external decoupling
19	NC	No connect	No internal connection
20	NC	No connect	No internal connection
21	VOUT1L	Analogue output	DAC channel 1 left output
22	VOUT1R	Analogue output	DAC channel 1 right output
23	VOUT2L	Analogue output	DAC channel 2 left output
24	VOUT2R	Analogue output	DAC channel 2 right output
25	VOUT3L	Analogue output	DAC channel 3 left output
26	VOUT3R	Analogue output	DAC channel 3 right output
27	AGND	Supply	Analogue negative supply and substrate connection
28	AVDD	Supply	Analogue positive supply

2. 引脚功能详解

• 控制引脚：MODE引脚决定了设备的控制模式，软件控制或硬件控制。MUTE引脚可用于直接控制静音功能，还能指示无限零检测（IZD）状态。
• 时钟引脚：MCLK提供主时钟，BCLK和LRCLK用于音频数据的同步。
• 数据引脚：DIN1、DIN2和DIN3分别为三个立体声DAC通道的数据输入引脚。
• 电源引脚：DVDD和DGND为数字电源，AVDD和AGND为模拟电源，VREFP和VREFN为DAC的参考电源。

三、电气特性与性能指标

1. 绝对最大额定值

在使用WM8766时，需要注意其绝对最大额定值，以避免设备损坏。例如，数字电源电压范围为 - 0.3V - +5V，模拟电源电压范围为 - 0.3V - +7V，主时钟频率最大为37MHz等。	CONDITION	MIN	MAX
Digital supply voltage	-0.3V	+5V
Analogue supply voltage	-0.3V	+7V
Voltage range digital inputs	DGND - 0.3V	DVDD + 0.3V
Voltage range analogue inputs	AGND - 0.3V	AVDD + 0.3V
Master Clock Frequency		37MHz
Operating temperature range, TA	-25°C	+85°C
Storage temperature after soldering	-65°C	+150°C

2. 推荐工作条件

为了确保设备的正常运行，推荐的工作条件如下：数字电源范围为2.7V - 3.6V，模拟电源范围为2.7V - 5.5V，接地引脚电压为0V，DGND与AGND之间的电压差应在 - 0.3V - +0.3V之间。	PARAMETER	SYMBOL	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
Digital supply range	DVDD		2.7		3.6	V
Analogue supply range	AVDD, VREFP		2.7		5.5	V
Ground	AGND, VREFN, DGND			0		V
Difference DGND to AGND			-0.3	0	+0.3	V

3. 音频性能指标

WM8766在音频性能方面表现出色，例如在48kHz采样率下，SNR可达103dB（‘A’加权），动态范围可达103dB，总谐波失真（THD）在1kHz、0dBFs时小于 - 80dB等。	PARAMETER	SYMBOL	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
Digital Logic Levels (CMOS Levels)
Input LOW level	VIL				0.3 x DVDD	V
Input HIGH level	VIH		0.7 x DVDD			V
Output LOW	VOL	IOL = 1mA			0.1 x DVDD	V
Output HIGH	VOH	IOH = -1mA	0.9 x DVDD			V
Analogue Reference Levels
Reference Voltage	VVMID			VREFP/2		V
Potential Divider Resistance	RVMID	(VREFP to VMID) and (VMID to VREFN)		133		kΩ
DAC Performance (Load = 10kΩ, 50pF)
0dBFs Full Scale Output Voltage				1.0 x VREFP/5		Vrms
SNR (Note 1,2,4)		A - weighted, @ fs = 48kHz	95	103		dB
SNR (Note 1,2,4)		A - weighted @ fs = 96kHz		101		dB
SNR (Note 1,2,4)		A - weighted @ fs = 192kHz		101		dB
SNR (Note 1,2,4)		A - weighted @ fs = 48kHz, AVDD = 3.3V		101		dB
SNR (Note 1,2,4)		A - weighted @ fs = 96kHz, AVDD = 3.3V		99		dB
Dynamic Range (Note 2,4)	DNR	A - weighted, - 60dB full scale input	95	103		dB
Total Harmonic Distortion (THD)		1kHz, 0dBFs		-90	-80	dB
Mute Attenuation		1kHz Input, 0dB gain		100		dB
DAC Channel Separation				100		dB
Power Supply Rejection Ratio	PSRR	1kHz 100mVpp		50		dB
20Hz to 20kHz 100mVp - p		45		dB
Supply Current
Analogue Supply Current		AVDD, VREFP = 5V		13.8		mA
Digital Supply Current		DVDD = 3.3V		11.0		mA

四、工作模式与接口

1. 主时钟时序

主时钟MCLK的时序要求对于设备的正常运行至关重要。MCLK的脉冲宽度、周期时间和占空比等参数都有明确的规定。如果MCLK周期超过最大规定值，设备将进入节能模式，DAC会断电，内部数字音频滤波器会复位。当MCLK恢复时，DAC会自动上电，但需要写入音量更新寄存器位来恢复正确的音量设置。	PARAMETER	SYMBOL	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
MCLK System clock pulse width high	tMCLKH		11			ns
MCLK System clock pulse width low	tMCLKL		11			ns
MCLK System clock cycle time	tMCLKY		28		1000	ns
MCLK Duty cycle			40:60		60:40
Power - saving mode activated		After MCLK stopped	2		10	Us
Normal mode resumed		After MCLK re - started	0.5		1	MCLK cycle

2. 数字音频接口

WM8766的数字音频接口支持主模式和从模式。在主模式下，LRCLK和BCLK是输出信号；在从模式下，LRCLK和BCLK是输入信号。同时，它支持多种音频接口格式，如左对齐、右对齐、I2S和DSP模式。

• 主模式：在主模式下，WM8766生成LRCLK和BCLK信号，DIN1/2/3在BCLK的上升沿采样。相关的时序参数如下：	PARAMETER	SYMBOL	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
  LRCLK propagation delay from BCLK falling edge	tDL		0		10	ns
  DIN1/2/3 setup time to BCLK rising edge	tDST		10			ns
  DIN1/2/3 hold time from BCLK rising edge	tDHT		10			ns

• 从模式：在从模式下，LRCLK和BCLK作为输入信号，DIN1/2/3在BCLK的上升沿采样。相关的时序参数如下：	PARAMETER	SYMBOL	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
  BCLK cycle time	tBCY		50			ns
  BCLK pulse width high	tBCH		20			ns
  BCLK pulse width low	tBCL		20			ns
  LRCLK set - up time to BCLK rising edge	tLRSU		10			ns
  LRCLK hold time from BCLK rising edge	tLRH		10			ns
  DIN1/2/3 set - up time to BCLK rising edge	tDS		10			ns
  DIN1/2/3 hold time from BCLK rising edge	tDH		10			ns

3. MPU接口时序

MPU接口采用3线SPI兼容控制接口，其输入时序有明确的要求，如MC/IWL上升沿到ML/I2S上升沿的时间、MC/IWL脉冲周期时间等。	PARAMETER	SYMBOL	MIN	TYP	MAX	UNIT
MC/IWL rising edge to ML/I2S rising edge	tSCS	60			ns
MC/IWL pulse cycle time	tSCY	80			ns
MC/IWL pulse width low	tSCL	30			ns
MC/IWL pulse width high	tSCH	30			ns
MD/DM to MC/IWL set - up time	tDSU	20			ns
MC/IWL to MD/DM hold time	tDHO	20			ns
ML/I2S pulse width low	tCSL	20			ns
ML/I2S pulse width high	tCSH	20			ns
ML/I2S rising to MC/IWL rising	tCSS	20			ns

五、控制与配置

1. 硬件控制模式

当MODE引脚置高时，设备进入硬件控制模式。在该模式下，MUTE引脚可用于控制静音和自动静音功能，ML/I2S和MC/IWL用于选择输入数据格式和输入数据字长，MD/DM用于选择去加重滤波。

• MUTE和自动静音操作：MUTE引脚可直接控制静音，还能指示IZD状态。在硬件模式下，MUTE引脚为双向引脚，其状态决定了设备的静音情况。
• 输入格式选择：通过ML/I2S和MC/IWL引脚的不同组合，可以选择不同的输入数据格式，如24位右对齐、20位右对齐、16位I2S和24位I2S等。
• 去加重控制：MD/DM引脚用于选择是否应用去加重滤波。

2. 软件控制接口操作

在软件模式下，WM8766通过3线串行接口进行控制。MD/DM用于传输程序数据，MC/IWL用于时钟信号，ML/I2S用于锁存程序数据。

3. 控制接口寄存器

WM8766的控制接口寄存器用于配置设备的各种功能，如衰减控制模式、DAC输出控制、数字音频接口控制等。通过对这些寄存器的设置，可以实现对设备的精确控制。

• 衰减控制模式：设置ATC寄存器位可以使左声道衰减设置应用到左右声道DAC。
• DAC输出控制：DAC输出控制字决定了音频接口的左右输入如何应用到左右DAC。
• 数字音频接口控制寄存器：通过FMT[1:0]寄存器位选择接口格式，LRP寄存器位控制LRCLK的极性，BCP寄存器位控制BCLK的极性，IWL[1:0]位控制输入字长。