PCM1744立体声音频数模转换器：特性、应用与设计要点

在音频处理领域，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它将数字音频信号转换为模拟音频信号，直接影响着音频的质量。今天我们要探讨的是Burr - Brown公司的PCM1744立体声音频数模转换器，它以其出色的性能和丰富的特性，在低成本、CD质量的消费音频应用中表现卓越。

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一、PCM1744的特性亮点

1. 完整的立体声DAC

PCM1744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，为音频处理提供了一站式解决方案。

2. 出色的动态范围

其动态范围达到95dB，能够清晰地还原音频信号的细节，提供高质量的音频体验。

3. 多采样频率支持

支持高达96kHz的采样频率，并且可以接受16kHz到96kHz的数字音频采样频率，满足不同音频应用的需求。

4. 8倍过采样数字滤波器

数字滤波器执行8倍插值功能，并在44.1kHz时提供去加重功能，有效提高音频质量。

5. 灵活的系统时钟

系统时钟可以是256fS或384fS，为不同的应用场景提供了灵活性。

6. 24位I2S数据输入格式

采用24位I2S数据输入格式，确保了高精度的音频数据传输。

7. 小巧的封装

采用14引脚的SOIC封装，体积小巧，适合各种空间有限的应用。

二、技术规格详解

1. 分辨率与数据格式

PCM1744的分辨率为24位，音频数据接口格式为I2S，采用二进制补码表示。

2. 采样频率与系统时钟

采样频率范围为16kHz到96kHz，内部系统时钟频率为256fS/384fS。

3. 动态性能

在满量程（0dB）时，总谐波失真加噪声（THD + N）为 - 83dB；在 - 60dB时，THD + N为 - 79dB；动态范围为95dB，信噪比为97dB，声道分离度为95dB。

4. 直流精度

增益误差为±1.0% FSR，声道间增益失配为±5.0% FSR，双极性零误差为±50mV。

5. 模拟输出

输出电压中心电压为VCC/2，负载阻抗为10kΩ。

6. 数字滤波器性能

通带范围为0.445fS - 0.555fS，阻带衰减为 - 35dB，通带波纹为±0.17dB，延迟时间为11.125/fS秒。

7. 电源要求

电压范围为4.5 - 5.5V DC，电源电流为13 - 18mA，功耗为65 - 90mW。

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 + 125°C。

三、引脚配置与功能

引脚	名称	I/O	功能
1 (1)	LRCIN	IN	采样率时钟输入
2 (1)	DIN	IN	音频数据输入
3 (1)	BCKIN	IN	音频数据的位时钟输入
4	NC	—	无连接
5	CAP	—	模拟输出放大器的公共引脚
6	VOUT R	OUT	右声道模拟输出
7	GND	—	接地
8	VCC	—	电源
9	VOUT L	OUT	左声道模拟输出
10	NC	—	无连接
11	NC	—	无连接
12 (2)	DM	IN	去加重控制（高电平：去加重开启；低电平：去加重关闭）
13 (2)	TEST	—	测试引脚，必须悬空
14 (1)	SCKI	IN	系统时钟输入（256fS或384fS）

注：(1) 施密特触发输入；(2) 带内部上拉的施密特触发输入。

四、系统时钟与同步

PCM1744的系统时钟必须是256fS或384fS，系统时钟用于驱动数字滤波器和噪声整形器。系统时钟输入（SCKI）在引脚14，并且系统时钟应与LRCIN（引脚1）同步，但PCM1744可以补偿相位差。如果LRCIN和系统时钟之间的相位差大于±6个位时钟（BCKIN），则会自动进行同步，在同步期间，模拟输出将被强制为双极性零状态（VCC / 2）。

五、输入数据格式与复位

1. 输入数据格式

PCM1744可以接受24位I2S格式的输入数据。

2. 复位

PCM1744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，初始化周期等于VCC > 2.2V后的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。

六、去加重控制

引脚12（DM）用于启用PCM1744的去加重功能，去加重功能仅在44.1kHz时有效。

七、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，PCM1744的延迟时间由FIR滤波器级的阶数和所选的采样率决定，计算公式为TD = 11.125 × 1 / fS。对于fS = 44.1kHz，TD = 251.4μs。对于使用光盘或磁带源数据的应用，如CD音频、CD - 交互式、视频CD、DAT、迷你光盘等，通常不受延迟时间的影响；但对于一些专业应用，如演播室广播音频，总延迟时间小于2ms很重要。

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PCM1744进行。该滤波器将THD + N等测量带宽限制在20kHz，不使用该滤波器会导致THD + N更高，信噪比和动态范围读数低于规格值。如果用户的应用中PCM1744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。

3. 电源旁路

电源应尽可能靠近设备进行旁路，建议在10μF钽旁路电容上并联一个0.1μF陶瓷电容。

八、工作原理

PCM1744的Δ - Σ部分基于5电平幅度量化器和3阶噪声整形器，将过采样输入数据转换为5电平Δ - Σ格式。与典型的1位（2电平）Δ - Σ调制器相比，5电平Δ - Σ调制器具有稳定性和时钟抖动方面的优势。对于384fS系统时钟，Δ - Σ调制器和内部8倍插值滤波器的组合过采样率为96fS；对于256fS系统时钟，组合过采样率为64fS。

九、封装与订购信息

PCM1744采用SO - 14封装，有不同的订购选项，如PCM1744U和PCM1744U/2K等，同时还提供了详细的封装材料信息。

总的来说，PCM1744以其丰富的特性和出色的性能，为低成本、CD质量的消费音频应用提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理配置系统时钟、输入数据格式、去加重控制等参数，并注意延迟时间、输出滤波和电源旁路等问题，以确保音频系统的高质量运行。你在使用PCM1744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。