探索PCM1719：高性能立体声数模转换器的设计与应用

在音频设备的设计领域，数模转换器（DAC）的性能对于音频质量起着至关重要的作用。PCM1719作为一款完整且低成本的立体声音频数模转换器，具有诸多卓越特性，是广大电子工程师在音频设计中值得深入研究的选择。

文件下载：PCM1719E.pdf

一、PCM1719的卓越特性

1. 灵活的输入数据

PCM1719可接受16位或18位输入数据，音频数据输入格式支持MSB - first、right - justified或I2S，为不同的音频数据源提供了广泛的兼容性。

2. 完整的立体声DAC架构

它集成了8倍过采样数字滤波器、多级Delta - Sigma DAC和模拟低通滤波器，还配备了片上耳机放大器，为音频处理提供了一站式解决方案。

3. 高性能指标

具有 - 88dB的总谐波失真加噪声（THD + N）、96dB的动态范围和100dB的信噪比（SNR），能够输出高品质的音频信号。

4. 可选择功能

支持数字去加重、256级数字衰减、软静音以及多种输出格式选择，满足不同应用场景的需求。

5. 系统时钟与电源

系统时钟可选择 (256 f{S}) 或 (384 f{S}) ，采用单 + 5V电源供电，且封装为小巧的28引脚SSOP，方便在各种电路板上进行布局。

二、关键参数解析

1. 分辨率与数据格式

分辨率可在16位和18位之间选择，音频数据格式和位长也能灵活配置，采样频率范围为32kHz - 48kHz，系统时钟频率根据采样频率和选择的模式有所不同。

2. 动态性能

在动态性能方面，其线路输出和耳机输出都有出色的表现，如线路输出的模拟静音衰减水平、THD + N、动态范围等指标都较为优秀。

3. 直流性能

对于线路输出和耳机输出，在增益误差、增益失配、零点误差等直流性能方面也有严格的规格要求，确保音频信号的稳定输出。

4. 滤波器性能

数字滤波器的通带和阻带特性明确，通带纹波小，阻带衰减大，去加重误差在规定范围内，延迟时间与采样频率相关。模拟滤波器在线路输出中的频率响应在20Hz - 20kHz范围内表现良好。

三、系统时钟与接口设计

1. 系统时钟

PCM1719的系统时钟必须为 (256 f{S}) 或 (384 f{S}) ，可由晶体振荡器或外部时钟提供。系统时钟检测电路能自动检测时钟模式，并与LRCIN时钟同步，允许一定的相位差。

2. 音频接口

PCM音频数据通过LRCIN、DIN和BCKIN引脚输入，支持正常和I2S两种数据输入格式，不同格式下的输入音频数据有特定的时序和格式要求。

3. 操作控制

采用三线接口进行软件模式控制，通过不同的寄存器控制不同的功能，如左右声道衰减、软静音、数字去加重、零检测等。每个寄存器的不同位有特定的功能，工程师可以根据实际需求进行配置。

四、应用电路设计要点

1. 典型应用电路

在典型应用电路中，(V{DD})、(V{CC}) 和 (PV_{CC}) 可连接到一个公共的模拟电源，也可使用单独的模拟和数字电源，但电源之间的电压差需小于 ± 0.1V。为避免耳机放大器的高负载电流影响DAC性能，耳机插孔地应连接到低阻抗接地平面。

2. 电源连接

PCM1719有数字和模拟两个电源连接，为避免电源开启时间不同导致的闩锁现象，建议数字和模拟电源采用公共连接。若使用单独电源，电源斜坡上升期间的电压差必须小于0.6V。

3. 输出滤波

在测试和实际应用中，为了准确测量和提高音频性能，需要使用低通滤波器。对于动态测试，建议使用20kHz低通滤波器，以去除带外噪声，避免影响THD + N、SNR和动态范围等指标。

五、应用考虑因素

1. 延迟时间

PCM1719存在一定的延迟时间，其大小与FIR滤波器阶数和采样频率有关。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. 内部复位

上电后，PCM1719会在1024个XTI时钟周期后自动复位。在复位期间，不能进行编程，但可以加载数据到控制寄存器，1204个XTI时钟周期后，ML引脚置低可启动编程。

3. 抖动敏感性

Delta - Sigma DAC对主时钟的抖动较为敏感，PCM1719采用的多级Delta - Sigma DAC由于具有多个输出状态，理论上对抖动的敏感性有所降低。

六、总结

PCM1719以其丰富的功能、高性能指标和灵活的设计，为音频设备的设计提供了强大的支持。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的需求，合理配置其各项参数，注意电源连接、滤波设计等要点，以充分发挥PCM1719的优势，实现高品质的音频输出。你在使用PCM1719进行设计时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。