高性能音频利器：AD1895异步采样率转换器解析

在音频处理领域，采样率转换技术至关重要，它直接影响着音频的质量和兼容性。今天我们就来深入了解一款高性能的异步采样率转换器——AD1895。

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产品亮点

强大特性

AD1895具有诸多令人瞩目的特性。它能够自动感知采样频率，无需编程，使用起来非常便捷。在时钟处理方面，它可以有效衰减采样时钟抖动，确保音频信号的稳定性。其输入电压范围为3.3V到5V，核心供电电压为3.3V，能适应多种电源环境。该芯片支持16 - 24位数据输入，最高采样率可达192kHz，输入/输出采样比范围从7.75:1到1:8，可满足不同的采样率转换需求。此外，它还具备旁路模式和多片AD1895的TDM菊花链模式，为系统设计提供了更多的灵活性。

在音频性能上，AD1895表现卓越。它拥有128dB的信噪比和动态范围（A加权，20Hz到20kHz带宽），总谐波失真加噪声（THD + N）最高可达 - 122dB，采用线性相位FIR滤波器，并且具备硬件可控的软静音功能。同时，它支持(256 ×f{S})、(512 ×f{s})或(768 ×f_{s})的主模式时钟，拥有灵活的3线串行数据端口，支持左对齐、I2S、右对齐（16 - 24位）和TDM串行端口模式，以及主/从输入和输出模式。

广泛应用

由于其出色的性能，AD1895在多个领域都有广泛的应用，如家庭影院系统、汽车音频系统、DVD、DVD - R、CD - R、机顶盒以及数字音频效果处理器等。

产品概述

AD1895是一款24位、高性能的单芯片第二代异步采样率转换器。它基于ADI第一代异步采样率转换器AD1890的经验进行了改进，性能得到显著提升，并增加了许多新特性。

在性能提升方面，THD + N范围根据采样率和输入频率在 - 115dB到 - 122dB之间，动态范围达到128dB（A加权），输入和输出采样率均可达到192kHz，抖动抑制能力增强，上采样比为1:8，下采样比为7.75:1。新特性包括更多的串行格式、旁路模式以及更好的与数字信号处理器的接口。

其3线接口的串行输入和输出端口支持左对齐、I2S和右对齐（16 - 24位）模式，串行输出端口还支持TDM模式，可用于将多个AD1895与数字信号处理器进行菊花链连接。当选择20、18或16位输出数据时，串行输出数据会被抖动处理到相应位数。AD1895能够将串行输入端口的数据转换为串行输出端口的采样率，且输入端口的采样率可以与输出端口的采样率异步，主时钟MCLK也可以与输入和输出串行端口异步。

功能模块与工作原理

时钟模块

MCLK可以由片外产生，也可以由AD1895的主时钟振荡器在片内产生。为了减少电路板上的噪声和EMI辐射，当MCLK与输入或输出串行端口异步时，可以使用晶体在内部生成MCLK。当MCLK与输出或输入串行端口同步时，AD1895可以配置为主模式，此时MCLK被分频，用于为与MCLK同步的串行端口生成左右时钟和位时钟。AD1895支持输入和输出串行端口的主模式为(256 ×f{S})、(512 ×f{S})和(768 ×f_{S})。

数据处理模块

从概念上讲，AD1895以200的速率对串行输入数据进行插值，并以输出采样率对插值后的数据流进行采样。在实际应用中，它使用一个64抽头、220个多相的FIR滤波器、一个FIFO、一个能在5ps内测量输入和输出样本时间差的数字伺服环路，以及一个跟踪采样率比的数字电路来执行插值和输出采样。数字伺服环路和采样率比电路会自动跟踪输入和输出采样率。

详细规格

电气参数

• 电源电压：VDD_CORE为3.3V（±5%），VDD_IO为5.0V（±10%）。
• 数字性能：在MCLK_IN = 30MHz时，采样率范围为6 - 215kHz，采样率比为1:8到7.75:1。不同采样率转换下的A加权信噪比可达125 - 128dB，THD + N在 - 115dB到 - 122dB之间。
• 数字时序：对MCLK_IN的周期、频率、脉冲宽度，以及输入和输出串行端口的时序都有详细要求。例如，MCLK_IN周期最小为33.3ns，频率最大为30.0MHz等。
• 数字滤波器：通带为0 - 0.4535 fS_OUT，通带波纹为±0.016dB，过渡带为0.4535 fS_OUT - 0.5465 fS_OUT，阻带从0.5465 fS_OUT开始，阻带衰减为 - 125dB。
• 数字I/O特性：输入电压高（VIH）最小为2.4V，输入电压低（VIL）最大为0.8V，输入泄漏电流在±2µA以内，输入电容为5 - 10pF，输出电压高（VOH）和低（VOL）也有相应的范围。
• 电源功耗：不同采样率下的有源电源电流不同，如48kHz:48kHz时I_CORE_ACTIVE为20mA，96kHz:96kHz时为26mA，192kHz:192kHz时为43mA。电源关闭时，I_CORE_PWRDN为0.5mA，I_IO_PWRDN为10µA。

温度范围

规格保证温度为25°C，功能保证温度范围为 - 40°C到 + 105°C，存储温度最高可达 + 150°C，热阻θJA为109°C/W。

绝对最大额定值

VDD_CORE的范围为 - 0.3V到 + 3.6V，VDD_IO为 - 0.3V到 + 6.0V，数字输入电流最大为±10mA，输入电压范围为DGND - 0.3V到VDD_IO + 0.3V，工作环境温度范围为 - 40°C到 + 105°C。

引脚功能与配置

AD1895采用28引脚的SSOP塑料封装，每个引脚都有其特定的功能。例如，MCLK_IN用于输入主时钟或晶体信号，SDATA_I用于输入串行数据，SDATA_O用于输出串行数据等。通过不同的引脚组合，可以实现不同的功能模式选择，如串行接口模式选择、输出字长选择等。

典型性能特性

文档中给出了大量的典型性能特性图表，包括不同采样率转换下的宽带FFT图、互调失真（IMD）图、THD + N与输出采样率的关系图、DNR（未加权）与输出采样率的关系图、线性误差图等。这些图表直观地展示了AD1895在各种工作条件下的性能表现，为工程师在设计时提供了重要的参考依据。

总结与思考

AD1895作为一款高性能的异步采样率转换器，凭借其丰富的特性、卓越的性能和广泛的应用范围，在音频处理领域具有很大的优势。对于电子工程师来说，在设计音频系统时，AD1895是一个值得考虑的选择。不过，在实际应用中，我们也需要根据具体的需求和系统环境，合理选择芯片的工作模式和参数，以充分发挥其性能优势。同时，要注意静电防护，因为AD1895是静电敏感设备，不当的操作可能会导致芯片损坏。大家在使用AD1895的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。