深入解析AD1854：高性能立体声音频DAC的卓越之选

在音频领域，数字模拟转换器（DAC）的性能直接影响着音频质量。今天，我们就来详细剖析一款高性能的立体声音频DAC——AD1854。

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产品概述

AD1854是一款高性能单芯片立体声音频DAC，在48kHz采样率下，能提供113dB的动态范围和112dB的信噪比（A加权且未静音）。它由带有抖动的多位Σ - Δ调制器、连续时间模拟滤波器和模拟输出驱动电路组成。此外，它还具备片上立体声衰减器和静音功能，可通过SPI兼容的串行控制端口进行编程。

AD1854与当前的DVD格式完全兼容，支持96kHz采样频率和24位数据。同时，它还支持“红皮书”44.1kHz采样频率的数字去加重，具有向后兼容性。

产品特性

丰富的数据支持

• 支持5V立体声音频DAC系统，可接受16位、18位、20位和24位数据，支持24位和96kHz采样率。

  先进的调制技术

• 采用多位Σ - Δ调制器，具备“完美差分线性恢复”功能，可降低空闲音调和本底噪声。

  抗抖动能力强

• 数据定向加扰DAC，对抖动的敏感度极低。

  优质的输出性能

• 差分输出可实现最佳性能，在48kHz采样率下，AD1854KRS的动态范围达113dB，信噪比为112dB，总谐波失真加噪声（THD + N）为 - 101dB。

  灵活的控制功能

• 片上音量控制有1024级，硬件和软件均可控制无咔嗒声静音。左右声道均有零输入标志输出，支持数字去加重处理。

  多样的时钟模式

• 支持(256 ×F{S})或(384 ×F{S})主模式时钟，具备可切换的时钟倍频器。

  低功耗模式

• 拥有掉电模式和软掉电模式，可有效降低功耗。

  灵活的串口

• 灵活的串行数据端口，支持右对齐、左对齐和I2S兼容格式。

  小巧的封装

• 采用28引脚SSOP塑料封装，体积小巧。

应用领域

AD1854的应用范围十分广泛，涵盖了DVD、CD、机顶盒、家庭影院系统、汽车音频系统、采样音乐键盘、数字混音台和数字音频效果处理器等领域。

规格参数

测试条件

• 电源电压（AVDD，DVDD）为5.0V，环境温度为25°C，输入时钟信号为12.288MHz（256 × FS模式），输入采样率为48kHz，测量带宽为20Hz至20kHz，字宽为20位，负载电容为100pF，负载阻抗为47kΩ，输入电压高为2.4V，输入电压低为0.8V。

  模拟性能

• 分辨率：典型值为20位。
• 信噪比：不同型号和滤波条件下有所不同，如AD1854KRS在无滤波时为110dB，带A加权滤波时为112dB。
• 动态范围：AD1854KRS在无滤波时为106 - 110dB，带A加权滤波时为108 - 113dB。
• 总谐波失真加噪声：AD1854KRS在(V_{O}=0dB)时为 - 94 - - 101dB。
• 模拟输出：差分输出范围为5.6V p - p，输出阻抗小于200Ω，输出电容为20pF，带外能量为 - 72.5dB，CMOUT为2.25V。
• 直流精度：增益误差为 - 11.0%至 + 11.0%，声道间增益失配为 - 0.15dB至 + 0.15dB，增益漂移为200 - 300ppm/°C，声道间串扰为 - 120dB，声道间相位偏差为 ± 0.1°，静音衰减为 - 100dB，去加重增益误差为 ± 0.1dB。

  数字I/O

• 输入电压高为2.2V，输入电压低为0.8V，高电平输出电压为2.0V，低电平输出电压为0.4V，输入泄漏电流最大为10，输入电容为20。

  电源

• 模拟和数字电压为4.5 - 5.5V，模拟电流为26 - 35mA，数字电流为14 - 20mA，功耗在不同模式下有所不同，电源抑制比在1kHz时为60dB，20kHz时为 - 50dB。

  绝对最大额定值

• 各引脚电压和温度等参数都有明确的限制，超过这些值可能会对设备造成永久性损坏。

引脚配置与功能

AD1854共有28个引脚，每个引脚都有其特定的功能，如数字地（DGND）、主时钟输入（MCLK）、控制数据锁存（CLATCH）、控制时钟输入（CCLK）等。这些引脚的合理连接和使用对于设备的正常运行至关重要。

操作特性

串行数据输入端口

• 采用二进制补码、MSB优先格式，左声道数据字段总是先于右声道数据字段。输入数据位数可通过模式选择引脚或SPI控制端口的模式选择位进行设置。

  串行数据输入模式

• 有右对齐、I2S对齐和左对齐三种模式，不同模式下数据的有效边沿和对齐方式有所不同。此外，还支持32 (32 ×F_{S}) BCLK频率的“打包模式”。

  串行控制端口

• 与SPI兼容，可用于选择输入模式、软掉电控制、软去加重、声道特定衰减和静音等功能。控制数据输入必须在控制时钟上升沿有效，控制锁存必须在LSB时钟输入AD1854后，控制时钟无效时进行LO - HI转换。

  静音功能

• 提供两种静音方式：一是通过将MUTE引脚置为HI，二是在串行控制寄存器中设置静音位为HI。设计上可最大程度减少静音和取消静音时的爆音和咔嗒声。

  平滑音量控制

• 采用ADI的1024级“平滑音量控制”，带有自动斜坡上升/下降功能。每L/RCLK周期比较当前音量寄存器和请求音量寄存器，若不同则调整一个步长，从最大音量到最小音量约需20ms。

  输出驱动、缓冲和负载

• 模拟输出级能够驱动1kΩ（串联2nF）负载。

  掉电复位

• 提供两种掉电和复位方法：一是将PD/RST输入置为LO，二是设置软掉电位为HI。所有寄存器将归零，用户在PD/RST置为HI后需等待100ms再使用串行数据输入端口和串行控制输入。

  去加重

• 支持数字去加重，可通过将DEEMP输入置为HI或设置去加重寄存器位为HI来控制。去加重功能针对44.1kHz进行了优化，但也可扩展到其他采样频率。

  控制信号

• IDPM0、IDPM1和DEEMP控制输入通常连接HI或LO以确定AD1854的工作状态，只要在第一个串行数据输入位（即MSB）呈现给AD1854之前保持稳定，就可以动态更改。

典型性能

通过Audio Precision System Two测量，AD1854在不同条件下的信噪比、THD + N、电源抑制性能、本底噪声、数字滤波器传递函数等典型模拟性能都有详细的图表展示，这为工程师在实际应用中评估和使用该产品提供了重要参考。

总之，AD1854凭借其卓越的性能、丰富的功能和灵活的配置，成为音频设计领域的一款优秀选择。各位工程师在实际设计中，不妨考虑这款高性能的音频DAC，相信它能为你的音频系统带来出色的表现。你在使用类似音频DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。