探索PCM1604和PCM1605：高性能6通道数模转换器

在音频设备的设计中，数模转换器（DAC）的性能往往决定了音频的质量。今天，我们来深入了解Burr - Brown公司的PCM1604和PCM1605这两款24位、192kHz采样的6通道数模转换器，看看它们如何在音频领域发挥重要作用。

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一、产品概述

PCM1604和PCM1605采用CMOS单芯片集成电路，在小巧的QFP - 48封装中集成了六个24位音频数模转换器及相关支持电路。它们采用了Burr - Brown公司的增强型多级Δ - Σ架构，通过4阶噪声整形和8级幅度量化，实现了出色的信噪比性能，并且对时钟抖动具有较高的容忍度。这两款芯片可接受16 - 24位的行业标准音频数据格式，支持高达200kHz的采样率，还能通过4线串行控制端口进行用户可编程功能的设置，该端口支持寄存器读写功能。

二、产品特性

2.1 兼容性与分辨率

PCM1604和PCM1605与PCM1600、PCM1601引脚兼容，具有24位的高分辨率，能够提供更细腻、更精确的音频信号转换。

2.2 模拟性能

• 动态范围：典型值为105dB，意味着它能够处理较大的信号幅度范围，从微弱的声音到强烈的音频信号都能准确转换。
• 信噪比（SNR）：典型值为104dB，高信噪比可以有效减少背景噪声，让音频更加纯净。
• 总谐波失真加噪声（THD + N）：典型值为0.0018%，低失真保证了音频信号的原汁原味。
• 满量程输出：典型值为3.1Vp - p，能够提供足够的输出幅度。

2.3 数字滤波器性能

• 8倍过采样插值滤波器：阻带衰减为 - 82dB，通带纹波为±0.002dB，能够有效滤除高频噪声，提高音频质量。
• 数字滤波器滚降：支持尖锐和缓慢两种滚降特性，可根据不同的音频需求进行选择。

2.4 其他特性

• 采样频率：支持10kHz到200kHz的采样频率，适应多种音频应用场景。
• 数据格式：支持标准、I2S和左对齐等多种数据格式，方便与不同的音频设备进行接口。
• 系统时钟：支持128/192/256/384/512/768fS的系统时钟，提供了灵活的时钟配置选项。
• 用户可编程功能：包括数字衰减（0dB到 - 63dB，0.5dB/步）、软静音、零检测静音、数字去加重等功能，满足不同用户的个性化需求。
• 双电源操作：采用 + 5V模拟电源和 + 3.3V数字电源，提高了电源管理的灵活性。
• 5V容忍数字逻辑输入：增强了芯片的抗干扰能力。

三、应用领域

PCM1604和PCM1605广泛应用于各种音频系统，包括：

• 集成AV接收器：为家庭影院系统提供高质量的音频转换。
• DVD电影和音频播放器：提升音频播放的质量。
• HDTV接收器：改善高清电视的音频效果。
• 汽车音频系统：适应汽车复杂的电磁环境，提供清晰的音频。
• 高端PC的DVD附加卡：为电脑音频提供更好的支持。
• 数字音频工作站：满足专业音频制作的需求。
• 其他多通道音频系统：如专业录音设备等。

四、规格参数

4.1 电气参数

在 + 25°C、+VCC = + 5V、+VDD = + 3.3V、系统时钟 = 384fS（fS = 44.1kHz）和24位数据的条件下，PCM1604和PCM1605具有以下电气参数：

• 分辨率：24位
• 数据格式：支持多种音频数据接口格式，数据位长可选择16、18、20、24位，采用MSB - First、二进制补码格式。
• 采样频率：10 - 200kHz
• 系统时钟频率：128、192、256、384、512、768fS

4.2 动态性能

• THD + N：在不同的输出电压和采样频率下有不同的表现，如VOUT = 0dB、fS = 44.1kHz时，典型值为0.0018%。
• 动态范围：EIAJ、A加权，fS = 44.1kHz时，典型值为105dB。
• 信噪比：EIAJ、A加权，fS = 44.1kHz时，典型值为104dB。
• 通道分离度：fS = 44.1kHz时，典型值为96 - 102dB。

4.3 电源要求

• 电压范围：VDD为 + 3.0 - + 3.6V，VCC为 + 4.5 - + 5.5V。
• 电源电流：不同采样频率下有所不同，如fS = 44.1kHz时，IDD典型值为28mA，ICC典型值为56mA。
• 功耗：fS = 44.1kHz时，典型值为409mW。

4.4 温度范围

• 工作温度： - 25°C到 + 85°C
• 存储温度： - 55°C到 + 125°C

五、引脚配置

PCM1604和PCM1605的引脚配置丰富，包括模拟输出引脚（VOUT1 - VOUT6）、零数据标志引脚（ZERO1 - ZERO6、ZEROA）、电源引脚（VCC、VDD）、时钟引脚（SCKI、SCKO、BCK、LRCK）、数据输入引脚（DATA1 - DATA3）以及控制引脚（MDI、MC、ML、RST）等。每个引脚都有其特定的功能，在设计电路时需要根据实际需求进行合理连接。

六、典型性能曲线

通过典型性能曲线，我们可以直观地了解PCM1604和PCM1605在不同条件下的性能表现。例如，数字滤波器的频率响应曲线展示了其在不同频率下的幅度特性；模拟动态性能曲线则反映了电源电压、温度等因素对THD + N、动态范围、信噪比和通道分离度等指标的影响。这些曲线对于工程师在设计音频系统时进行性能评估和优化非常有帮助。

七、系统时钟与复位功能

7.1 系统时钟输入

PCM1604和PCM1605需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级Δ - Σ调制器。系统时钟通过SCKI引脚输入，不同的音频采样率对应不同的系统时钟频率。为了获得最佳性能，建议使用低相位抖动和噪声的时钟源，如Burr - Brown的PLL1700多时钟发生器。当采样频率为192kHz时，建议只启用两个通道（VOUT1和VOUT2）以获得最佳动态性能。

7.2 系统时钟输出

SCKO引脚提供系统时钟输入的缓冲版本，其输出频率可以是全速率（fSCKI）或半速率（fSCKI/2），可通过控制寄存器9的CLKD位进行编程设置，还可以通过CLKE位启用或禁用该输出。

7.3 电源上电和外部复位功能

PCM1604具有电源上电复位功能，系统时钟输入应在VDD达到2.0V之前至少有一个时钟周期处于活动状态。上电后，初始化序列需要1024个系统时钟周期。此外，还可以通过RST引脚进行外部复位，将PCM1604强制初始化为默认状态。

八、音频串行接口

音频串行接口由5线同步串行端口组成，包括LRCK、BCK、DATA1、DATA2和DATA3。BCK是串行音频位时钟，用于将串行数据时钟输入到音频接口的串行移位寄存器；LRCK是串行音频左右字时钟，用于将串行数据锁存到内部寄存器。LRCK和BCK必须与系统时钟同步，理想情况下应从系统时钟输入或输出派生。

九、音频数据格式和时序

PCM1604支持标准、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式，通过控制寄存器9的格式位FMT[2:0]进行选择，默认数据格式为24位标准格式。所有格式都要求采用二进制补码、MSB - First的音频数据。

十、串行控制接口

串行控制接口是一个4线同步串行端口，用于对片上模式寄存器进行编程和读取。它包括MDO、MDI、MC和ML四个引脚，分别用于读取模式寄存器的值、编程模式寄存器、移位数据和控制端口锁存时钟。

10.1 寄存器写操作

写操作使用16位数据字，通过设置Read/Write（R/W）位为‘0’表示写操作，IDX[6:0]设置寄存器索引，D[7:0]包含要写入寄存器的数据。

10.2 单寄存器读操作

读操作时，R/W位设置为‘1’，忽略控制数据字的IDX[6:0]位，使用Control Register 11的REG[6:0]位设置要读取的寄存器索引。

10.3 自动增量读操作

通过设置Control Register 11的INC位为‘1’，可以启用自动增量读功能，实现多个寄存器的顺序读取。

十一、模式控制寄存器

PCM1604提供了多个用户可编程的模式控制功能，通过控制寄存器进行设置。这些功能包括数字衰减控制、软静音控制、音频数据格式控制、数字滤波器滚降控制等。每个功能都有其默认的复位条件和对应的寄存器索引，工程师可以根据实际需求进行灵活配置。

总的来说，PCM1604和PCM1605是两款性能出色的6通道数模转换器，具有高分辨率、低失真、灵活的可编程功能等优点，适用于各种音频应用场景。在设计音频系统时，工程师可以根据具体需求合理选择和配置这两款芯片，以获得最佳的音频性能。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。