AD1933：高性能8通道DAC的卓越之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨一款高性能的8通道DAC——AD1933，它在音频系统等众多应用中展现出了卓越的性能。

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1. AD1933概述

AD1933是一款单芯片解决方案，提供8个具有差分输出的数模转换器。它采用了ADI公司专利的多位Σ - Δ架构，具有低电磁干扰（EMI）设计，适用于汽车音频系统、家庭影院系统、机顶盒和数字音频效果处理器等多种应用场景。

1.1 特性亮点

• 时钟灵活：支持PLL生成或直接使用主时钟，可根据不同需求灵活配置。
• 低EMI设计：从系统和电路设计架构上考虑，有效降低电磁干扰。例如，通过片上PLL从LR时钟或外部晶体派生主时钟，消除了对单独高频主时钟的需求，还可与抑制位时钟配合使用。
• 高性能DAC：动态范围达110 dB，信噪比出色，总谐波失真 + 噪声（THD + N）低至 -96 dB，能提供高质量的音频输出。
• 宽工作范围：支持24位数据和8 kHz至192 kHz的采样率，适应多种音频应用。
• 灵活控制：具有SPI控制端口，可灵活调整音量和其他参数；支持软件控制的无咔嗒静音和软件掉电功能。
• 多种模式：支持右对齐、左对齐、I2S和TDM模式，以及主从模式，最多可实现16通道输入/输出。
• 汽车级应用：经过汽车应用认证，适用于汽车音频系统等对可靠性要求较高的场景。

2. 详细规格参数

2.1 测试条件

• 电源电压（AVDD、DVDD）为3.3 V。
• 温度范围根据不同测试情况而定，功能在 -40°C至 +125°C的外壳温度下有保证。
• 主时钟为12.288 MHz（48 kHz fS，256 × fS模式），输入采样率为48 kHz。
• 测量带宽为20 Hz至20 kHz，字宽为24位。

2.2 模拟性能规格

• 动态范围：在20 Hz至20 kHz、 -60 dB输入条件下，无滤波器（RMS）典型值为107 dB，带A加权滤波器（RMS）典型值为110 dB，带A加权滤波器（Avg）典型值为112 dB。
• 总谐波失真 + 噪声：在0 dBFS条件下，双通道运行时差分版本典型值为 -96 dB，八通道运行时为 -86 dB至 -76 dB。
• 满量程输出电压：典型值为1.76 Vrms（4.96 Vp - p）。
• 增益误差：范围为 -10%至 +10%，通道间增益失配在 -0.2 dB至 +0.2 dB之间。
• 偏移误差：在 -25 mV至 +25 mV之间，增益漂移为 -30 ppm/°C至 +30 ppm/°C。
• 通道间隔离：典型值为100 dB，通道间相位偏差为0°。
• 音量控制：步长为0.375 dB，控制范围为95 dB。

2.3 其他规格

• 晶体振荡器：跨导典型值为3.5 mmhos。
• 数字输入/输出：高电平输入电压（VIH）为2.0 V（MCLKI/XI引脚为2.2 V），低电平输入电压（VIL）为0.8 V。
• 电源：DVDD和AVDD为3.0 V至3.6 V，VSUPPLY为4.5 V至5.5 V。数字电流在不同采样率下有所不同，模拟电流正常运行时典型值为74 mA，掉电时为23 mA。

3. 工作原理

3.1 数模转换器（DAC）

AD1933的DAC通道以差分形式排列，四个立体声对提供八个模拟输出，减少了外部组件的使用。每个通道都有独立可编程的衰减器，可在255步内以0.375 dB的增量进行调整。数字输入通过四个串行数据输入引脚和一个公共帧时钟（DLRCLK）和位时钟（DBCLK）提供，也可使用TDM模式在单条TDM数据线上访问多达16个通道。

3.2 时钟信号

片上锁相环（PLL）可从LRCLK引脚或MCLKI/XI引脚的256、384、512或768倍采样率中选择参考输入采样率。默认上电时为MCLKI/XI引脚的256 × fS。不同采样率模式下，内部时钟有所变化，如48 kHz模式为512 × fS，96 kHz模式为256 × fS，192 kHz模式为128 × fS。为保证性能，应将内部主时钟信号的时钟抖动限制在小于300 ps rms时间间隔误差（TIE）。

3.3 复位和掉电

RST引脚可将所有控制寄存器设置为默认值，但不会使模拟输出掉电。PLL和DAC控制寄存器中的掉电位可分别对相应部分进行掉电操作，所有其他寄存器设置将保留。为保证正确启动，RST引脚应通过外部电阻拉低。

3.4 串行控制端口

AD1933具有SPI控制端口，可对ADC、DAC和时钟系统的内部控制寄存器进行编程和读取。还提供独立模式，在复位时通过将CIN、CCLK和CLATCH接地进行配置。SPI控制端口为4线串行控制端口，输入数据字为24位宽。

3.5 电源和电压参考

AD1933设计用于3.3 V电源，模拟和数字部分分别有独立的电源引脚，应使用100 nF陶瓷芯片电容进行旁路，同时在同一PCB上提供至少22 μF的大容量铝电解电容。内部电压参考（VREF）通过FILTR引脚引出，应尽可能靠近芯片进行旁路。内部参考可在PLL和时钟控制1寄存器中禁用，并由外部源驱动。

4. 应用建议

• 滤波器选择：建议使用三阶外部低通滤波器去除输出引脚上的高频噪声。在选择运算放大器时，要注意其压摆率和带宽，避免高频噪声和音调折叠到音频频段。
• 时钟稳定性：为保证最佳性能，应尽量减少时钟抖动。如果不使用内部PLL，建议使用独立的晶体振荡器生成主时钟，避免时钟信号通过FPGA、CPLD或其他大型数字芯片。
• 电源隔离：对于关键应用，建议为模拟和数字部分使用独立的电源。如果无法实现，可使用铁氧体磁珠对模拟和数字电源进行隔离。

AD1933以其高性能、灵活的控制和广泛的应用场景，为电子工程师在音频系统等设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置参数，充分发挥其优势。你在使用类似DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎分享交流。