探索PCM1794：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）的性能对最终音频质量起着关键作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的PCM1794，一款24位、192kHz采样的高级分段音频立体声数模转换器，看看它为何能在音频设计中脱颖而出。

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一、PCM1794的特性亮点

高分辨率与出色模拟性能

PCM1794具备24位分辨率，能提供极其精确的音频转换。其模拟性能十分卓越，动态范围在不同输出条件下表现优异，如9V RMS单声道时可达132dB，4.5V RMS立体声为129dB，2V RMS立体声为127dB。总谐波失真加噪声（THD+N）低至0.0004%，能有效还原纯净音频信号。

先进的数字滤波与采样能力

它采用8倍过采样数字滤波器，阻带衰减达 -130dB，通带纹波仅±0.00001dB，能很好地滤除噪声和干扰。采样频率范围为10kHz至200kHz，系统时钟支持128、192、256、384、512或768 fs自动检测，可适应多种音频系统需求。

丰富的功能特性

PCM1794支持16位和24位音频数据，提供标准、I²S和左对齐等PCM数据格式。还具备数字去加重、可选的数字滤波器滚降（尖锐或缓慢）、软静音和零标志等功能。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，且封装为小巧的28引脚SSOP，节省空间。

二、应用领域广泛

PCM1794适用于多种音频设备，如A/V接收器、DVD播放器、乐器、HDTV接收器、汽车音频系统和数字多轨录音机等。只要是对24位音频有需求的应用场景，它都能发挥出色的性能。

三、技术细节剖析

绝对最大额定值

在使用PCM1794时，需注意其绝对最大额定值。例如，电源电压VCC1、VCC2L、VCC2R范围为 -0.3V至6.5V，VDD为 -0.3V至4V；数字输入电压范围为 -0.3V至6.5V等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

电气特性

在典型测试条件下（TA = 25°C，VCC1 = VCC2L = VCC2R = 5V，VDD = 3.3V，fS = 44.1kHz，系统时钟 = 256 fs，24位数据），其分辨率为24位，支持多种音频数据接口格式和位长选择。动态性能方面，不同输出条件下的THD+N、动态范围、信噪比和声道分离度等指标都有详细数据，为工程师设计提供了准确参考。

引脚功能

PCM1794的引脚功能明确，包括模拟地、数字地、电源引脚、时钟输入引脚、音频数据输入引脚和模拟电流输出引脚等。例如，BCK为位时钟输入，LRCK为左右时钟输入，DATA为串行音频数据输入，IOUTL+和IOUTL - 为左声道模拟电流输出等。了解这些引脚功能对于正确连接和使用该器件至关重要。

四、系统时钟与复位功能

系统时钟输入

PCM1794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引脚输入。它具备系统时钟检测电路，能自动感应时钟频率。对于常见音频采样率，有多种系统时钟频率可供选择。为了保证最佳性能，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。

复位功能

该器件具有上电复位和外部复位功能。上电时，当VDD > 2V，上电复位功能启用，初始化序列需要1024个系统时钟周期。外部复位通过RST引脚实现，将RST引脚拉低至少20ns后再拉高，可使器件初始化至默认复位状态，这在PCM1794上电和系统时钟激活有延迟的应用中非常有用。

五、音频数据接口

音频串行接口

音频接口是一个3线串行端口，包括LRCK、BCK和DATA引脚。BCK作为串行音频位时钟，将DATA引脚上的串行数据时钟输入到音频接口的串行移位寄存器；LRCK为左右声道字时钟。LRCK和系统时钟需要同步，但不要求特定相位关系。若两者关系变化超过±6个BCK，内部操作将在1/fS内初始化，模拟输出将被强制设置为双极性零电平，直到重新同步完成。

音频数据格式

PCM1794支持行业标准音频数据格式，如标准右对齐、I²S和左对齐。通过FMT1和FMT0引脚可选择数据格式，所有格式都要求二进制补码、MSB优先的音频数据。

六、功能描述

音频数据格式选择

通过FMT0和FMT1引脚可选择音频格式，同时MONO和CHSL引脚可支持单声道模式和数字滤波器旁路模式。还能选择数字滤波器的滚降特性，如尖锐或缓慢。

软静音功能

当MUTE引脚置为高电平时，两个模拟输出将以 -0.5dB的步长过渡到双极性零电平，步长过渡速度为1/fS，可实现无杂音的DAC输出静音。

去加重功能

PCM1794针对44.1kHz采样频率有去加重滤波器，通过DEM引脚控制。

零检测功能

在PCM模式下，当检测到左声道和右声道音频输入数据连续1024个LRCK周期为零；或在外部滤波模式下，音频输入数据连续1024个WDCK周期为零，ZERO引脚将置为高电平。

七、应用电路设计要点

应用电路的重要性

设计应用电路对于实现PCM1794的高信噪比至关重要，因为应用电路中产生的噪声和失真不可忽视。不同的输出电平设置会影响信噪比，如输出电平为2V RMS时，可实现127dB的信噪比；输出电平为4.5V RMS（立体声模式）时，能达到129dB的信噪比；单声道模式下，若将左右声道输出作为平衡输出，可实现132dB的信噪比。

I/V 部分

PCM1794每个输出引脚在0dB（满量程）时电流为7.8mA p-p，I/V转换器的电压输出电平由公式Vi = 7.8mA p-p × Rf（Rf为I/V转换器的反馈电阻）决定。为获得指定性能，推荐使用NE5534运算放大器，其增益带宽、建立时间和压摆率等动态性能会影响I/V部分的音频动态性能。

差分部分

PCM1794的电压输出后接差分放大器级，用于对每个声道的差分信号求和，形成单端I/V运算放大器输出，同时差分放大器还提供低通滤波功能。推荐使用线性技术的LT1028运算放大器，因其输入噪声低。

八、外部数字滤波器接口应用

在某些应用中，可使用可编程数字信号处理器作为外部数字滤波器来执行插值功能。通过设置MONO = LOW、CHSL = HIGH、FMTO = HIGH、FMT1 = HIGH等引脚，可启用外部数字滤波器应用模式。此时，字时钟（WDCK）需以所需采样频率fS的8倍或4倍运行，PCM1794在该模式下支持右对齐音频格式，包括24位音频数据。

PCM1794凭借其出色的性能和丰富的功能，为音频工程师提供了一个强大的工具，能满足多种音频应用的需求。在实际设计中，我们需要根据具体应用场景，合理选择参数和设计电路，以充分发挥其优势。大家在使用PCM1794的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。