WM8786 24 - bit, 192kHz 立体声 ADC 深度解析

在音频处理领域，一款高性能的 ADC 芯片对于实现优质音频录制至关重要。今天我们就来深入了解一下 Cirrus Logic 公司的 WM8786 立体声音频 ADC，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：WM8786GEDS/RV.pdf

一、WM8786 概述

WM8786 是一款专为高性能可记录媒体应用设计的立体声音频 ADC，具有差分输入功能，以 PCM 格式输出数据。它采用立体声 24 位多位 sigma - delta ADC，数字音频输出字长为 16 至 32 位，采样率范围从 8kHz 到 192kHz，还配备了高通滤波器以去除残余直流偏移。该芯片通过硬件控制，可通过引脚编程访问所有功能，如过采样率、音频格式、掉电、主/从控制和数字信号处理等，采用 20 引脚 SSOP 封装。

二、主要特性

1. 出色的音频性能

• 高信噪比（SNR）：在 48kHz 采样率下，‘A’加权 SNR 可达 111dB，能有效减少背景噪声，为音频录制提供清晰纯净的信号。
• 低总谐波失真（THD）：在 - 0.1dB 时，THD 低至 - 102dB，保证了音频信号的高保真度。

  2. 灵活的采样频率

  支持 8 - 192kHz 的采样频率，可满足不同音频应用的需求，无论是低采样率的语音录制，还是高采样率的音乐制作都能胜任。

  3. 硬件控制接口

  通过引脚编程实现对芯片各种功能的控制，操作简单直接，方便工程师进行设计和调试。

  4. 主/从时钟模式

  可配置为主模式或从模式，适应不同的系统架构和时钟同步需求。

  5. 可编程音频数据接口模式

  支持 I2S、左对齐、右对齐或 DSP 等多种音频数据格式，增强了与不同音频设备的兼容性。

  6. 宽电源电压范围

  模拟电源电压范围为 4.5 至 5.5V，数字核心电源电压为 2.7V 至 3.6V，提供了一定的电源灵活性。

三、引脚配置与说明

1. 引脚配置

WM8786 采用 20 引脚 SSOP 封装，各引脚分布明确，包括模拟输入引脚（AINL +、AINL -、AINR +、AINR -）、参考电压引脚（VREF、VREFGND）、电源引脚（AVDD、DVDD、AGND、DGND）、时钟引脚（MCLK、BCLK、LRCLK）和数据输出引脚（DOUT）等。

2. 引脚功能说明

• 模拟输入引脚：用于输入立体声音频信号，差分输入方式可有效抑制共模干扰。
• 参考电压引脚：为芯片提供稳定的参考电压，确保模拟信号处理的准确性。
• 电源引脚：分别为模拟电路和数字电路提供电源，需注意模拟地和数字地的分离，以减少干扰。
• 时钟引脚：MCLK 为系统时钟，BCLK 为音频接口位时钟，LRCLK 为音频接口左右声道时钟，它们共同控制音频数据的传输和同步。
• 数据输出引脚：DOUT 输出经过 ADC 转换后的数字音频数据。

四、电气特性

1. 测试条件

在 DVDD = 3.3V，AVDD = 5.0V，TA = + 25°C，1kHz 信号，A 加权，fs = 48kHz，MCLK = 256fs，24 位音频数据，从模式下进行测试。

2. 关键电气参数

• ADC 性能：满量程输入信号电平为 2.0Vms，输入电阻为 10kΩ，输入电容为 10pF。
• 信噪比（SNR）：在不同采样率下，A 加权 SNR 均可达 111dB，未加权 SNR 为 108dB。
• 总谐波失真（THD）：在 1kHz、 - 0.1dB 满量程下，THD 低至 - 102dB（或 0.0008%）。
• 动态范围（DNR）： - 60dBFS 时，DNR 为 102 - 111dB。
• 电源抑制比（PSRR）：在 100mV（峰 - 峰）、1kHz 时，PSRR 为 50dB；在 100mV（峰 - 峰）、20Hz 至 20kHz 时，PSRR 为 45dB。

五、信号时序要求

1. 系统时钟时序

MCLK 系统时钟周期时间为 25ns，占空比为 60:40 至 40:60。

2. 音频接口时序

• 主模式：LRCLK 从 BCLK 下降沿的传播延迟为 0 - 10ns，DOUT 从 BCLK 下降沿的传播延迟为 0 - 11ns。
• 从模式：BCLK 周期时间为 25ns，LRCLK 相对于 BCLK 上升沿的建立时间为 10ns，保持时间为 10ns，DOUT 从 BCLK 下降沿的传播延迟为 0 - 11ns。

六、数字滤波器特性

1. 滤波器响应

数字滤波器特性随采样率变化，在不同采样率下（单速率 48kHz、双速率 96kHz、四速率 192kHz），通带波纹均为 ± 0.005dB，阻带衰减在 f > 0.546fs（单、双速率）或 f > 0.75fs（四速率）时为 - 85dB。

2. 高通滤波器

高通滤波器用于去除输入信号中的残余直流偏移，其传递函数为 (H(z)=frac{1 - z^{-1}}{1-(1 - alpha) z^{-1}})，其中 (alpha) 根据不同采样率有不同取值。

七、数字音频接口

1. 接口引脚

采用 DOUT（ADC 数据输出）、LRCLK（ADC 数据对齐时钟）和 BCLK（位时钟）三个引脚。

2. 音频数据格式

支持左对齐、右对齐、I2S 和 DSP 四种音频数据格式，不同格式在数据传输顺序和时钟同步上有所不同。

3. 主/从模式操作

可通过 MS0 引脚配置为主模式或从模式。主模式下，芯片生成 BCLK 和 LRCLK 控制数据传输；从模式下，芯片响应外部时钟并输出数据。

八、应用场景

1. 可记录 DVD 播放器

为 DVD 录制提供高质量的音频采集功能，确保录制的音频清晰、准确。

2. 个人视频录像机（PVR）

实现视频录制过程中的音频同步采集，提升用户的观看体验。

3. 高端声卡

为电脑音频系统提供专业级的音频处理能力，满足音乐制作、游戏等对音频质量要求较高的应用。

4. 录音室音频处理设备

在专业录音环境中，保证音频录制的高保真度和稳定性。

九、设计建议

1. 外部组件

建议使用合适的电容对 VMID 和 VREF 引脚进行去耦，如 10uF 电解电容（ESR < 1.5Ω）和 0.1µF 陶瓷电容，以确保芯片的性能稳定。

2. PCB 布局

注意 VREF、VMID 和 AVDD 接地回流电流的布线，避免相互干扰。参考推荐的 PCB 布局图进行设计，可有效减少噪声和干扰。

十、总结

WM8786 作为一款高性能的立体声音频 ADC，具有出色的音频性能、灵活的配置选项和广泛的应用场景。在音频设计中，工程师可以根据具体需求合理选择和使用该芯片，同时注意外部组件的选择和 PCB 布局，以实现最佳的音频处理效果。你在使用 WM8786 芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。