德州仪器PCM1770与PCM1771：低电压低功耗立体声数模转换器的卓越之选

在当今的音频设备设计中，低电压、低功耗且高性能的数模转换器（DAC）至关重要。德州仪器（TI）的PCM1770和PCM1771就是这样两款优秀的产品，它们为便携式音频播放器、手机、PDA等设备提供了理想的音频解决方案。

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产品概述

PCM1770和PCM1771是CMOS单芯片集成电路，采用小型TSSOP - 16和VQFN - 20封装，集成了立体声数模转换器、耳机电路和支持电路。数据转换器运用TI增强的多级∆ - Σ架构，通过噪声整形和多级幅度量化，实现了出色的动态性能，并提高了对时钟抖动的容忍度。这两款器件能接受多种行业标准的音频数据格式，支持高达50kHz的采样率，还可通过3线串行控制端口访问全套用户可编程功能。

关键特性

模拟性能卓越

在 (V{CC}) 和 (V{HP}) 为2.4V的条件下，动态范围可达98dB（典型值），0dB时的总谐波失真加噪声（THD + N）为0.1%（典型值）， - 20dB时为0.04%（典型值）。在 (R_{L}=16 Omega) 时，立体声输出功率为13mW，单声道输出功率为26mW。

电源要求灵活

支持1.6V至3.6V的单电源供电，在 (V{CC}=V{HP}=2.4V) 时，功耗仅为6.5mW，非常适合便携式设备。

时钟和采样频率多样

系统时钟支持 (128 f{S}) 、 (192 f{S}) 、 (256 f{S}) 和 (384 f{S}) ，采样频率范围为5kHz至50kHz，能满足不同音频应用的需求。

控制方式丰富

PCM1770支持软件控制，可选择16、20、24位字长，支持左对齐、右对齐和I2S格式，可选择从/主模式，还具备数字衰减、44.1kHz数字去加重、零交叉衰减、数字软静音、单声道模拟输入混合和单声道扬声器模式等功能。PCM1771则采用硬件控制，支持左对齐和I2S格式以及44.1kHz数字去加重和单声道模拟输入混合。

抗噪设计出色

具备无噗声噪声电路，数字输入和输出与CMOS兼容，所有逻辑输入能耐受3.3V电压，且内部未端接。

电气特性

绝对最大额定值

在正常工作的自由空气温度范围内，电源电压 (V{CC}) 和 (V{HP}) 范围为 - 0.3V至4V，数字输入电压同样为 - 0.3V至4V，输入电流（除电源外的任何端子）为 ±10mA，工作温度范围为 - 40°C至125°C，存储温度范围为 - 55°C至150°C，结温为150°C，焊接时引脚温度和IR回流焊时封装温度峰值为260°C（5s）。

推荐工作条件

电源电压 (V{CC}) 和 (V{HP}) 推荐范围为1.6V至3.6V，数字输入逻辑系列为CMOS，数字输入时钟频率方面，系统时钟为0.64MHz至19.2MHz，采样时钟为5kHz至50kHz，模拟输出负载电阻为16Ω，模拟输入电平（ (V_{HP}=2.4V) ）最大为1.4Vp - p，工作自由空气温度范围为 - 25°C至85°C。

电气性能指标

分辨率为24位，采样频率范围为5kHz至50kHz，系统时钟频率支持 (128 f{S}) 、 (192 f{S}) 、 (256 f{S}) 和 (384 f{S}) 。动态性能方面，满量程输出电压0dB时为0.55 (V{HP}) （Vp - p），动态范围和信噪比（EIAJ，A加权）典型值为98dB，THD + N在0dB（13mW）时为0.1%， - 20dB（0.1mW）时为0.04%，立体声输出功率为10 - 13mWrms，单声道为20 - 26mWrms，声道分离度为64 - 72dB。直流精度方面，增益误差为 ±2%至 ±8%FSR，声道间增益失配为 ±2%至 ±8%FSR，双极零误差为 ±30至 ±75mV。模拟线路输入方面，模拟输入电压范围为0.584 (V{HP}) （Vp - p），增益为0.67，模拟输入阻抗为10kΩ，THD + N（AIN = 0.56 (V{HP}) 峰 - 峰值）为0.1%。数字滤波器性能方面，通带为0.454 (f{S}) ，阻带为0.546 (f{S}) ，通带纹波为 ±0.04dB，阻带衰减为 - 50dB，群延迟为 (20/f{S}) ，44.1kHz去加重误差为 ±0.1dB。

引脚功能

不同封装的PCM1770和PCM1771引脚功能各有特点，但都包含模拟地（AGND、HGND）、音频数据输入（DATA）、位时钟（BCK）、左右时钟（LRCK）、电源（ (V{CC}) 、 (V{HP}) ）等关键引脚。例如，PCM1770PW的AIN引脚为单声道模拟信号混合输入，可与L和R声道DAC的输出混合；BCK引脚在从模式下由外部设备输入时钟，主模式下由PCM1770生成输出给外部设备。

详细操作说明

系统时钟输入

PCM1770和PCM1771需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级∆ - Σ调制器，系统时钟通过终端16（SCKI）输入。为获得最佳性能，应使用低相位抖动和噪声的时钟源。不同音频采样率对应不同的系统时钟频率，如48kHz采样率时， (128 f{S}) 对应的系统时钟频率为6.144MHz。系统时钟脉冲高电平持续时间和低电平持续时间最小为7ns，脉冲周期时间为 (1/(128 f{S})) 、 (1/(192 f{S})) 、 (1/(256 f{S})) 或 (1/(384 f_{S})) 。

电源开关复位

在电源电压 (V{CC}) 和 (V{HP}) 达到指定范围且稳定的时钟（SCKI、BCK、LRCK）供应后，PCM1770/71的PD引脚必须从LOW变为HIGH一次。时钟和电源要求满足后，PD引脚从LOW变为HIGH前需至少等待1ms。PD引脚从LOW到HIGH转换后，内部逻辑状态在开机序列开始前保持复位1024个系统时钟周期。开机时， (H{OUT } L) 和 (H{OUT } R) 从地电平逐渐上升，经过 (9334/f{S}) 达到对应输入数据的输出电平；关机时，先将PD引脚从HIGH设为LOW， (H{OUT } L) 和 (H{OUT } R) 经过 (9334/f{S}) 逐渐降至地电平，之后可移除电源，以避免产生噗声噪声。

电源上下电序列和复位

PCM1770有通过PD端子的硬件控制和通过PWRD（寄存器4，B0）的软件控制两种上下电方法，PCM1771只有通过PD端子的硬件控制。使用PD端子上下电时，所有数字电路复位；使用PWRD上下电时，除保持寄存器逻辑状态外，所有数字电路复位。

音频串行接口

PCM1770和PCM1771的音频串行接口由3线同步串行端口组成，包括LRCK、DATA和BCK端子。BCK是串行音频位时钟，将DATA上的串行数据时钟输入音频接口串行移位寄存器；LRCK是串行音频左右字时钟，将串行数据锁存到串行音频接口内部寄存器。PCM1770的LRCK和BCK支持从模式和主模式，通过FMT（寄存器3）设置。从模式下，BCK和LRCK与音频系统时钟SCKI同步，理想情况下应从SCKI导出；主模式下，BCK和LRCK由系统时钟导出并作为输出。PCM1770和PCM1771要求LRCK与系统时钟同步，若系统时钟和LRCK的关系在一个采样周期内变化超过 ±3 BCK，器件内部操作将在 (1/f_{S}) 内停止，模拟输出保持最后数据，直到系统时钟和LRCK重新同步完成。

音频数据格式和时序

PCM1770支持标准、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式，PCM1771支持I2S和左对齐数据格式。数据格式通过PCM1770的控制寄存器3的FMT[2:0]位或PCM1771的FMT端子选择，默认数据格式为24位、左对齐、从模式，所有格式要求二进制补码、MSB优先的音频数据。

应用建议

在实际应用中，为了充分发挥PCM1770和PCM1771的性能，需要注意以下几点：

• 时钟源选择：选择低相位抖动和噪声的时钟源，以确保系统时钟的稳定性，从而提高音频质量。
• 电源管理：严格按照推荐的电源电压范围供电，注意电源的滤波和去耦，避免电源噪声对音频信号产生干扰。
• 引脚连接：正确连接各个引脚，特别是模拟地和数字地的处理，以减少干扰。
• 时序控制：严格遵守电源开关复位和上下电序列的时序要求，避免产生噗声噪声。

PCM1770和PCM1771以其卓越的性能、灵活的控制方式和低功耗特性，为音频设备设计提供了可靠的解决方案。电子工程师在设计便携式音频设备时，可以充分考虑这两款产品，以实现高性能、低功耗的音频系统。你在使用这两款产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。