探索PCM1793：高性能音频数模转换器的卓越之选

在音频处理领域，数模转换器（DAC）的性能直接影响着音频的质量和表现。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的PCM1793，一款24位、192kHz采样的高级分段音频立体声数模转换器，看看它在音频设计中能带来怎样的惊喜。

文件下载：PCM1793DB.pdf

一、PCM1793的特性亮点

1. 高分辨率与出色的模拟性能

PCM1793具备24位分辨率，能够提供极其细腻的音频细节。其动态范围高达113dB，总谐波失真加噪声（THD+N）低至0.001%，满量程输出为2.1V rms（在后置放大器处），差分电压输出达3.2V p-p，这些参数都表明它在模拟性能方面表现卓越。

2. 先进的数字滤波器

采用8倍过采样数字滤波器，阻带衰减达到 -82dB，通带纹波仅为 ±0.002dB，能有效滤除噪声和干扰，确保音频信号的纯净度。

3. 灵活的采样频率和系统时钟

采样频率范围为10kHz至200kHz，系统时钟支持128、192、256、384、512或768 fs，并具备自动检测功能。这使得它能够适应不同的音频应用场景。

4. 多种数据格式支持

可以接受16位、20位和24位音频数据，支持标准、I2S和左对齐等数据格式，方便与各种音频设备进行接口。

5. 实用功能

具备数字去加重、软静音功能，每个输出还有零标志。采用双电源供电，5V模拟电源和3.3V数字电源，数字输入具有5V容限。此外，它采用小巧的28引脚SSOP封装，并且是无铅产品。

二、应用领域广泛

PCM1793的高性能使其在众多音频应用中都能大显身手，包括A/V接收器、DVD播放器、乐器、HDTV接收器、汽车音频系统、数字多轨录音机等，以及其他需要24位音频的应用场景。

三、技术参数详解

1. 绝对最大额定值

在使用PCM1793时，需要注意其绝对最大额定值，如电源电压范围、数字输入电压范围、输入电流限制、环境温度和存储温度等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

2. 电气特性

在典型工作条件下（(T{A}=25^{circ} C)，(V{C C}=5 ~V)，(V{D D}=3.3 ~V)，(f{S}=44.1 kHz)，系统时钟 = 256 fs，24位数据），PCM1793展现出了良好的性能。例如，其分辨率为24位，支持多种音频数据格式，采样频率范围为10kHz至200kHz，系统时钟频率有多种选择。 在动态性能方面，不同采样频率下的THD+N、动态范围、信噪比和声道分离度等指标都表现出色。模拟输出方面，增益误差、增益失配、双极零误差等参数也都在合理范围内。数字滤波器性能方面，去加重误差、通带和阻带特性等也符合设计要求。

四、引脚分配与功能

PCM1793的引脚分配明确，每个引脚都有其特定的功能。例如，AGNDC、AGNDF、AGNDL、AGNDR为模拟地，BCK为位时钟输入，DATA为串行音频数据输入等。了解这些引脚的功能对于正确使用PCM1793至关重要。

五、系统时钟与复位功能

1. 系统时钟输入

PCM1793需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和高级分段DAC调制器。系统时钟通过SCK输入（引脚5），并且具备系统时钟检测电路，能够自动感应系统时钟的频率。为了获得最佳性能，建议使用低相位抖动和噪声的时钟源，如德州仪器的PLL1700系列多时钟发生器。

2. 上电和外部复位功能

PCM1793具有上电复位功能，当(V_{D D}>2 ~V)时，上电复位功能启用，初始化序列需要1024个系统时钟。此外，还可以通过RST输入（引脚6）进行外部复位，这在PCM1793上电和系统时钟激活之间存在延迟的应用中非常有用。

六、音频数据接口

1. 音频串行接口

音频接口端口是一个3线串行端口，包括LRCK（引脚1）、BCK（引脚2）和DATA（引脚3）。BCK用于将串行数据时钟输入到音频接口的串行移位寄存器，串行数据在BCK的上升沿时钟输入。LRCK是串行音频左右字时钟。

2. PCM音频数据格式和时序

PCM1793支持行业标准的音频数据格式，如标准右对齐、I2S和左对齐。数据格式通过FMT2（引脚28）、FMT1（引脚27）和FMT0（引脚26）进行选择。所有格式都要求二进制补码、MSB优先的音频数据。

七、功能描述

1. 零检测

当PCM1793检测到L通道或R通道的音频输入数据连续1024 fS为零时，会将ZEROL（引脚23）或ZEROR（引脚22）置为高电平。

2. 软静音

通过将MUTE（引脚4）置为高电平，PCM1793可以实现软静音功能，模拟输出以 -0.5dB的步长过渡到双极零电平，实现无噗声静音。

3. 去加重

PCM1793具有针对32kHz、44.1kHz和48kHz采样频率的去加重滤波器，通过DEMP1（引脚25）和DEMP0（引脚24）选择去加重滤波的采样频率。

八、应用信息

1. 模拟输出

DAC差分电压输出的信号电平在0dB（满量程）时为3.2Vp-p，LPF的电压输出可以通过公式 (V{OUT }=3.2 Vp-p timesleft(R{f} / R_{i}right)) 计算。为了获得指定的音频性能，建议使用OPA2134或5532类型的运算放大器作为LPF电路。

2. 平衡放大器的模拟增益

DAC电压输出后面跟着平衡放大器级，它将每个通道的差分信号相加，产生单端电压输出。平衡放大器还提供三阶低通滤波器功能，限制音频输出信号的带宽。

九、应用电路考虑

1. PCB布局指南

推荐使用接地平面，将模拟和数字部分通过电路板上的分割或切割进行隔离。PCM1793的数字I/O引脚应朝向接地平面分割/切割，以实现与数字音频接口和控制信号的短而直接的连接。建议为数字和模拟部分使用单独的电源，以防止数字电源上的开关噪声污染模拟电源。

2. 旁路和去耦电容要求

使用各种尺寸的去耦电容，无需特殊公差。所有电容应尽可能靠近PCM1793的相应引脚，以减少周围电路的噪声拾取。对于较大的值，推荐使用专为高保真音频应用设计的铝电解电容；对于较小的值，使用金属膜或单片陶瓷电容。

3. 后置LPF设计

通过合理选择后置LPF电路中使用的运算放大器和电阻，可以实现PCM1793的出色性能。为了获得0.001% THD+N、113dB信噪比的音频性能，需要仔细设计后置LPF电路。

PCM1793以其卓越的性能和丰富的功能，为音频设计工程师提供了一个强大的工具。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和场景，合理选择和使用PCM1793，以实现最佳的音频效果。你在使用PCM1793或其他音频DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。