深入解析PCM1733立体声音频数模转换器

在音频处理领域，数模转换器（DAC）是实现数字音频信号到模拟音频信号转换的关键器件。今天我们来深入了解一下PCM1733这款18位、96kHz采样的立体声音频数模转换器。

文件下载：PCM1733U.pdf

一、PCM1733的特性与优势

1. 完整的立体声DAC

PCM1733是一款完整的低成本立体声音频数模转换器，集成了数字滤波器和输出放大器。这意味着在设计音频系统时，我们可以减少外部元件的使用，简化电路设计，降低成本。

2. 出色的动态范围

其动态范围可达95dB，能够清晰地还原音频信号的细节，为用户带来高质量的音频体验。

3. 多采样频率支持

支持16kHz到96kHz的多种采样频率，并且采用8倍过采样数字滤波器，能够适应不同的音频应用场景。

4. 灵活的系统时钟

系统时钟可以选择256fS或384fS，满足不同系统的时钟需求。

5. 多种数据输入格式

支持正常或I2S数据输入格式，方便与不同的数字音频源进行接口。

6. 小巧的封装

采用14引脚SOIC封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。

二、PCM1733的技术参数

1. 分辨率

PCM1733的分辨率为18位，能够提供较高的音频精度。

2. 动态性能

• 总谐波失真加噪声（THD+N）：在满量程（0dB）和 -60dB时都有较好的表现，具体数值在不同条件下有所不同。
• 动态范围：达到95dB，保证了音频信号的高质量还原。
• 信噪比（SNR）：较高的信噪比能够有效减少噪声干扰，提升音频质量。
• 声道分离度：95dB的声道分离度可以确保左右声道之间的独立性，避免串扰。

  3. 模拟输出

• 输出电压：满量程时为10Vp-p，中心电压为VCC/2。
• 负载阻抗：能够适应不同的负载，确保音频信号的稳定输出。

  4. 数字滤波器性能

• 通带：具有良好的通带特性，能够准确地通过音频信号。
• 阻带：有效抑制带外噪声，提高音频质量。
• 通带纹波：控制在较小范围内，保证音频信号的线性度。
• 阻带衰减：能够有效衰减带外信号，减少干扰。

  5. 内部模拟滤波器

• -3dB带宽：可达100kHz，能够满足大多数音频应用的需求。
• 通带响应：在20kHz时，通带响应为 -0.16dB，保证了音频信号的平坦度。

  6. 电源要求

• 电压范围：4.5V到5.5V，能够适应不同的电源环境。
• 电源电流：典型值为13mA，功耗较低。
• 功耗：最大为90mW，节能高效。

  7. 温度范围

• 工作温度：-25°C到 +85°C，能够在较宽的温度范围内稳定工作。
• 存储温度：-55°C到 +125°C，保证了产品在不同环境下的可靠性。

三、PCM1733的引脚配置与功能

1. 引脚配置

PCM1733采用14引脚SOIC封装，各引脚功能如下：	PIN	NAME	I/O	FUNCTION
1	LRCIN	IN	采样率时钟输入
2	DIN	IN	音频数据输入
3	BCKIN	IN	音频数据位时钟输入
4	NC	—	无连接
5	CAP	—	模拟输出放大器公共引脚
6	VOUT R	OUT	右声道模拟输出
7	GND	—	接地
8	VCC	—	电源供应
9	VOUT L	OUT	左声道模拟输出
10	NC	—	无连接
11	NC	—	无连接
12	DM	IN	去加重控制（高电平：去加重开启；低电平：去加重关闭）
13	FORMAT	IN	音频数据格式选择（高电平：I2S数据格式；低电平：标准数据格式）
14	SCKI	IN	系统时钟输入（256fS或384fS）

2. 注意事项

• 部分引脚为施密特触发输入，如LRCIN、DIN、BCKIN等，能够有效提高抗干扰能力。
• DM和FORMAT引脚为带有内部上拉的施密特触发输入，使用时需要注意电平的设置。

四、PCM1733的工作原理

1. 系统时钟

PCM1733的系统时钟必须为256fS或384fS，其中fS为音频采样频率。系统时钟用于驱动数字滤波器和噪声整形器，确保音频信号的准确处理。系统时钟输入（SCKI）在引脚14，其定时条件如图4所示。

2. 数据输入格式

PCM1733可以接受正常（MSB优先，右对齐）或I2S格式的输入数据。通过引脚13（FORMAT）的电平设置来选择数据格式，低电平选择正常数据格式，高电平选择I2S格式。

3. 复位功能

PCM1733具有内部上电复位电路。当电源电压VCC > 2.2V（典型值）时，上电复位初始化，初始化周期为1024个系统时钟周期。在初始化期间，DAC的输出无效，模拟输出被强制为VCC/2。

4. 去加重控制

引脚12（DM）用于控制PCM1733的去加重功能。去加重功能仅在44.1kHz时有效，高电平开启去加重，低电平关闭去加重。

五、PCM1733的应用考虑

1. 延迟时间

在Δ - Σ转换器中存在有限的延迟时间，对于PCM1733，其延迟时间由FIR滤波器级的阶数和所选采样率决定，计算公式为 (T{D}=11.125 × 1 / f{S})。对于一些从光盘或磁带源获取数据的应用，如CD音频、CD - 交互式、视频CD等，延迟时间通常不会产生影响。但对于一些专业应用，如演播室广播音频，总延迟时间需要小于2ms。

2. 输出滤波

为了测试目的，所有动态测试都使用20kHz低通滤波器对PCM1733进行。该滤波器可以限制THD+N等测量带宽到20kHz，去除带外噪声。如果不使用该滤波器，会导致THD+N升高，SNR和动态范围读数降低。内部低通滤波器在DC到24kHz的性能如图7所示，高频滚降如图8所示。如果应用中PCM1733驱动宽带放大器，建议使用外部低通滤波器，如简单的3阶滤波器（如图9所示），对于一些应用，无源RC滤波器或2阶滤波器可能也足够。

3. 电源旁路

电源应尽可能靠近器件进行旁路，建议在10µF钽旁路电容上并联一个0.1µF陶瓷电容，以减少电源噪声对音频信号的影响。

六、总结

PCM1733是一款功能强大、性能出色的立体声音频数模转换器，具有多种特性和优势，适用于低成本、CD质量的消费音频应用。在设计音频系统时，我们需要根据具体的应用需求，合理选择PCM1733的工作参数和外部电路，以充分发挥其性能。同时，在使用过程中要注意引脚配置、电源旁路、输出滤波等问题，确保系统的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似的DAC器件呢？它们的性能和应用场景又有哪些不同呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。