PCM1716：24位、96kHz采样CMOS Delta - Sigma立体声音频数模转换器的深度解析

在音频设备的设计中，数模转换器（DAC）的性能直接影响着音频的质量。PCM1716作为一款适用于中高级数字音频应用的DAC，以其出色的性能和丰富的功能，在音频领域占据着重要的地位。今天，我们就来深入探讨一下PCM1716的特点、性能以及应用中的注意事项。

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一、PCM1716的特性亮点

1. 采样频率与输入数据

PCM1716支持16kHz - 96kHz的采样频率（(f_{s})），能够适应不同音频源的需求。其输入音频数据字有16位、20位和24位可选，为音频处理提供了更高的灵活性和精度。

2. 高性能指标

• 总谐波失真加噪声（THD + N）：低至 - 96dB，这意味着它能够有效减少音频信号中的失真和噪声，提供纯净的音频输出。
• 动态范围：达到106dB，能够清晰地还原音频信号的细节，从微弱的声音到强烈的音效都能完美呈现。
• 信噪比（SNR）：同样为106dB，确保了音频信号的高清晰度和低噪声干扰。
• 模拟输出范围：为(0.62 × V_{cc})（Vp - p），能够提供足够的输出电压，驱动各种音频设备。

3. 8倍过采样数字滤波器

该滤波器具有 - 82dB的阻带衰减和 ± 0.002dB的通带波纹，并且有慢滚降的特性。这使得它能够有效地过滤掉不需要的频率成分，同时保持音频信号的完整性。

4. 多功能特性

PCM1716具备数字去加重、左右声道独立数字衰减、软静音、零检测静音、零标志、芯片选择和可逆输出相位等功能，为音频处理提供了更多的控制选项。

5. 电源与封装

它采用 + 5V单电源供电，方便集成到各种电路中。并且采用了小巧的28引脚SSOP封装，节省了电路板空间。

二、详细规格参数

1. 分辨率与数据格式

• 分辨率：24位，确保了高精度的音频转换。
• 数据格式：支持标准/I²S格式，数据位长度可选择16/20/24位，采用MSB优先、2的补码形式，采样频率（(f_{S})）和系统时钟频率有多种选择。

2. 数字输入/输出逻辑电平

输入逻辑电平、输出逻辑电平都有明确的规定，以确保与其他数字电路的兼容性。

3. 动态性能

无论是24位数据还是16位数据，PCM1716都表现出了优秀的动态性能，如THD + N、动态范围、信噪比和声道分离度等指标都非常出色。

4. 直流精度

包括增益误差、增益失配、双极性零误差等指标，保证了音频信号的准确输出。

5. 模拟输出

输出电压和中心电压都有明确的规格，确保了音频信号的稳定输出。

6. 数字滤波器性能

不同的滚降特性（尖锐滚降和慢滚降）适用于不同的应用场景，并且对通带、阻带、波纹和衰减等都有详细的规定。

7. 电源要求

电压范围为4.5 - 5.5V，不同采样频率下的电源电流和功耗也有所不同。

8. 温度范围

工作温度范围为 - 25°C到 + 85°C，存储温度范围为 - 55°C到 + 100°C，能够适应不同的环境条件。

三、引脚配置与功能

PCM1716的引脚配置涵盖了各种功能，包括时钟输入、数据输入、输出、电源和控制等。例如，LRCIN为左右时钟输入，DIN为串行音频数据输入，BCKIN为位时钟输入等。同时，一些引脚还具有特殊的功能，如ZERO为零数据标志，RST为复位引脚等。

四、系统时钟与数据接口

1. 系统时钟

系统时钟必须为(256f{S})、(384f{S})、(512f{S})或(768f{S})（(768f_{S})在96kHz时不适用），可以通过晶体振荡器或外部时钟输入。系统时钟检测电路能够自动感知时钟是否正常工作，并且可以内部补偿左右时钟和系统时钟的相位差。

2. 数据接口

支持标准、I²S和左对齐数据格式，通过LRCIN、DIN和BCKIN引脚进行数据传输。同时，PCM1716具有内部上电复位电路和外部强制复位功能，确保了系统的稳定性。

五、功能模式

1. 硬件模式

在硬件模式下，可以通过DM1和DM0引脚选择去加重控制，通过(I^{2}S)和IWO引脚选择输入音频数据格式，通过MUTE引脚控制软静音功能。

2. 软件模式

软件模式下，PCM1716的功能更加丰富，通过ML、MC、MD串行控制信号可以控制输入音频数据格式选择、输入数据位选择、输入LRCIN极性选择等多种功能。

六、工作原理

PCM1716的delta - sigma部分基于8级幅度量化器和4阶噪声整形器，将过采样输入数据转换为8级delta - sigma格式。这种“增强型多级Delta - Sigma”架构具有稳定性和低时钟抖动灵敏度的优势，能够实现高级音频动态性能和音质。

七、应用注意事项

1. 延迟时间

PCM1716存在一定的延迟时间，由FIR滤波器阶段的阶数和采样率决定。对于一些对延迟要求较高的专业应用，如广播音频，需要确保总延迟时间小于2ms。

2. 输出滤波

为了获得准确的测试结果，动态测试时需要使用20kHz低通滤波器。如果应用中PCM1716驱动宽带放大器，建议使用外部低通滤波器，以去除带外噪声。

3. 电源旁路

电源应尽可能靠近设备进行旁路，以确保电源的稳定性。

4. 电源连接

PCM1716有数字和模拟两个电源连接，为避免闩锁情况，建议数字和模拟电源之间有公共连接。

PCM1716以其出色的性能和丰富的功能，为中高级数字音频应用提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择和配置PCM1716，以实现最佳的音频效果。大家在使用PCM1716的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。