AD1939：高性能音频编解码器的卓越之选

在电子设计领域，音频编解码器的性能对于各类音频系统的质量起着关键作用。今天我们要深入探讨的是ADI公司的AD1939，一款高性能的单芯片编解码器，它为音频处理带来了诸多先进特性和出色性能。

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一、特性亮点

1. 时钟与低EMI设计

AD1939支持PLL生成或直接使用主时钟，这种灵活的时钟模式为设计带来了更多选择。其低EMI设计在系统和电路架构中都有体现，通过片上PLL从LR时钟或外部晶体导出主时钟，消除了对单独高频主时钟的需求，还能与抑制位时钟配合使用。同时，DAC和ADC采用最新的连续时间架构，进一步降低了EMI。使用3.3V电源不仅降低了功耗，还减少了电磁辐射。

2. 出色的动态范围和低失真

该编解码器拥有112dB DAC/107dB ADC的动态范围和SNR， -94dB的THD + N，能够提供高保真的音频处理，有效减少失真和噪声，为用户带来清晰、纯净的音频体验。

3. 宽采样率和数据格式支持

支持24位和8kHz至192kHz的采样率，涵盖了广泛的音频应用场景。同时具备右对齐、左对齐、I2S和TDM等多种数据模式，以及主从模式下最多16通道的输入/输出，满足不同系统的需求。

4. 灵活的控制功能

SPI可控的设计使得微控制器可以方便地调整音量和许多其他参数。软件可控的无咔嗒声静音和软件掉电功能，为系统的控制和节能提供了便利。

5. 汽车级应用资质

AD1939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，展现了其在恶劣环境下的稳定性和可靠性。

二、应用领域

1. 汽车音频系统

在汽车中，AD1939可以为乘客提供高品质的音频享受。其低EMI设计和宽采样率范围能够适应汽车复杂的电磁环境和多样化的音频源，确保音频的清晰和稳定。

2. 家庭影院系统

对于家庭影院来说，高保真的音频是关键。AD1939的高动态范围和低失真特性，能够准确还原音频信号，营造出沉浸式的观影体验。

3. 机顶盒和数字音频效果处理器

在机顶盒和数字音频效果处理器中，AD1939可以处理多种音频格式，实现音频的解码和处理，为用户带来丰富的音频效果。

三、技术参数详解

1. 模拟性能

在模拟性能方面，ADC分辨率为24位，动态范围在不同条件下表现出色。例如，在20Hz至20kHz、 -60dB输入时，无滤波器（RMS）动态范围可达96 - 102dB，带A加权滤波器（RMS）可达98 - 105dB。DAC的动态范围同样优秀，在相同输入条件下，无滤波器（RMS）为102 - 107dB，带A加权滤波器（RMS）为105 - 110dB，带A加权滤波器（平均）为112dB。

2. 数字输入/输出

数字输入/输出规格在 -40°C至 +105°C的温度范围内，DVDD = 3.3V ± 10%时表现稳定。高电平输入电压（VIH）为2.0V（MCLKI/XI引脚为2.2V），低电平输入电压（VIL）为0.8V，输入泄漏电流在规定范围内。

3. 电源供应

电源供应方面，DVDD和AVDD为3.0 - 3.6V，VSUPPLY为4.5 - 5.5V。不同采样率下的数字电流和模拟电流有所不同，例如在48kHz采样率下，正常运行时数字电流为56mA，模拟电流为74mA；在掉电模式下，数字电流为2.0mA，模拟电流为23mA。

4. 数字滤波器

ADC和DAC的数字滤波器具有良好的性能。ADC的抽取滤波器在48kHz模式下，通带为0.4375fS（约21kHz），阻带衰减为79dB；DAC的插值滤波器在不同采样率模式下也有相应的性能表现，如48kHz模式下通带为0.4535fS（约22kHz）。

5. 时序规格

在时序规格方面，输入主时钟（MCLK）的占空比在不同模式下有要求，如DAC/ADC时钟源为PLL时钟@256fS、384fS、512fS和768fS时，MCLK占空比为40 - 60%。SPI端口、DAC和ADC串行端口等也有相应的时序要求。

四、引脚配置与功能

AD1939采用64引脚的LQFP封装，其引脚配置涵盖了模拟和数字的输入输出、时钟信号、控制信号等。例如，AGND为模拟地，AVDD为模拟电源，MCLKI/XI为主时钟输入/晶体振荡器输入，DBCLK为DAC的位时钟等。每个引脚都有其特定的功能，为系统的设计和连接提供了清晰的指引。

五、理论操作原理

1. 模数转换器（ADCs）

AD1939有四个ADC通道，配置为两个立体声对，采用差分输入。ADC可以在48kHz、96kHz或192kHz的标称采样率下运行，内置数字抗混叠滤波器，具有79dB的阻带衰减和线性相位响应。数字输出通过两个串行数据输出引脚和一个公共帧时钟（ALRCLK）和位时钟（ABCLK）提供。为了获得最佳性能，ADC应从差分信号源驱动，输入引脚连接到内部开关电容，需要使用外部100Ω电阻和1nF电容进行隔离。

2. 数模转换器（DACs）

DAC通道为差分的四个立体声对，提供八个模拟输出，以提高噪声和失真性能。DAC内置数字重建滤波器，具有70dB的阻带衰减和线性相位响应，在不同采样率模式下的过采样比不同。每个通道都有独立可编程的衰减器，可在255步内以0.375dB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。

3. 时钟信号

片上锁相环（PLL）可以从LRCLK引脚或MCLKI/XI引脚参考输入采样率，默认上电时为256 × fS。ADC的内部时钟为256 × fS，DAC的内部时钟根据模式不同而变化。在192kHz模式下，必须使用片上PLL。PLL可以在PLL和时钟控制0寄存器中进行掉电操作，以确保在更改PLL模式或参考时钟不稳定时可靠锁定。

六、总结与思考

AD1939作为一款高性能的音频编解码器，凭借其丰富的特性、出色的性能和广泛的应用领域，为音频系统设计提供了强大的支持。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择时钟模式、采样率和数据格式，同时注意引脚的连接和电源的供应。你在使用类似编解码器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。