探索PCM1804：高性能立体声A/D转换器的卓越之选

在音频处理的世界里，高性能的A/D转换器是实现优质音频转换的关键。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的PCM1804，一款具有出色性能的24位、192-kHz立体声A/D转换器。

文件下载：PCM1804DBR.pdf

一、PCM1804的特性亮点

1. 高精度转换

PCM1804是一款24位Delta - Sigma立体声A/D转换器，能够提供高精度的音频转换。其动态范围典型值达到112 dB，信噪比（SNR）典型值为111 dB，总谐波失真加噪声（THD + N）典型值为 - 102 dB，这些数据表明它在音频转换方面具有卓越的性能，能够忠实还原音频信号。

2. 高性能滤波器

它配备了高性能线性相位抗混叠数字滤波器，通带纹波仅为±0.005 dB，阻带衰减达到 - 100 dB。这使得它能够有效滤除高频噪声，确保音频信号的纯净度。同时，还具备高通滤波器（HPF），在1 Hz处 - 3 dB（(f_{S}=48 kHz)），可去除输入信号中的直流偏移。

3. 全差分模拟输入

PCM1804采用全差分模拟输入，输入范围为±2.5 V，这种设计能够提供更宽的动态范围和更好的电源抑制性能，减少外界干扰对音频信号的影响。

4. 灵活的音频接口

它支持主模式或从模式选择，数据格式丰富，包括左对齐、I2S、标准24位和DSD等，满足不同应用场景的需求。此外，还具备峰值检测功能，方便对音频信号进行监测。

5. 高采样率

采样率最高可达192 kHz，能够满足高分辨率音频的处理需求。系统时钟支持128 (f{S})、256 (f{S})、384 (f{S})、512 (f{S})或768 (f_{S})，为不同的应用提供了灵活的时钟配置。

6. 低功耗设计

采用双电源供电，模拟部分为5 V，数字部分为3.3 V，功耗仅为225 mW，在保证高性能的同时，降低了能源消耗。

7. 小巧封装

采用28引脚的SSOP封装，体积小巧，适合在空间有限的应用中使用。

二、应用领域广泛

PCM1804适用于多种音频相关的应用场景，包括AV放大器、MD播放器、数字录像机、数字混音器和数字录音机等。无论是消费级还是专业级的音频设备，它都能发挥出色的性能。

三、引脚功能与参数

1. 引脚功能

PCM1804的引脚涵盖了模拟地、数字地、电源引脚、时钟输入输出引脚、数据输入输出引脚等。例如，AGND为模拟地，DGND为数字地；VCC为模拟电源，VDD为数字电源；SCKI为系统时钟输入引脚，支持多种时钟频率。每个引脚都有其特定的功能，在设计电路时需要根据实际需求进行合理连接。

2. 绝对最大额定值和推荐工作条件

绝对最大额定值规定了器件能够承受的最大电压、电流和温度等参数，如电源电压VCC范围为 - 0.3 V至6.5 V，VDD范围为 - 0.3 V至4 V等。推荐工作条件则是保证器件正常工作的最佳参数范围，例如模拟电源电压VCC推荐为4.75 - 5.25 V，数字电源电压VDD推荐为3 - 3.6 V等。在设计电路时，必须严格遵守这些参数，以确保器件的可靠性和稳定性。

3. 电气特性

在电气特性方面，PCM1804的分辨率为24位，音频数据接口格式丰富。其动态性能表现出色，不同采样频率和输入电压下的THD + N、动态范围、SNR等指标都有详细的参数。例如，在(f{S}=48 kHz)，系统时钟 = 256 (f{S})，(V_{IN}= - 0.5 dB)时，THD + N典型值为 - 102 dB。模拟输入方面，输入电压为±2.5 V，输入阻抗为10 kΩ。数字滤波器性能也十分优秀，不同速率下的通带边缘、通带纹波、阻带衰减等参数都有明确规定。

四、工作原理

PCM1804主要由带隙基准、全差分架构的Delta - Sigma调制器、带高通滤波器的抽取滤波器和串行接口电路组成。片上高精度基准配合10 μF外部电容提供所需的参考电压，定义了两个通道的满量程电压范围。全差分架构提供了宽动态范围和良好的电源抑制性能。输入信号根据过采样比控制（OSR[0:2]）以×128、×64和×32的过采样率进行采样，单速率、双速率和四速率设计消除了外部采样保持放大器。Delta - Sigma调制使调制器输出随机化并降低空闲音水平，抽取滤波器将过采样数据流转换为1 - (f_{S})、24位数字信号，同时去除高频噪声成分。高通滤波器去除信号的直流成分，最终通过串行接口将输出转换为时分复用串行信号，提供灵活的串行格式和主/从模式。此外，PCM1804还具备DSD输出模式，可直接将调制器的信号输出到DSDL（引脚16）和DSDR（引脚15）。

五、系统时钟与复位功能

1. 系统时钟输入

PCM1804支持多种系统时钟频率，系统时钟必须通过SCKI（引脚18）提供。在主模式下，系统时钟速率由OSR2（引脚11）、OSR1（引脚10）和OSR0（引脚9）选择；在从模式下，系统时钟速率自动检测。在DSD模式下，OSR2、OSR1、OSR0和系统时钟频率固定。系统时钟脉冲的高电平和低电平持续时间均需至少11 ns。

2. 电源上电和复位功能

PCM1804具有内部上电复位电路和RST（引脚19）。内部上电复位在电源(V{DD})超过2 V（典型值）且(V{CC})超过4 V（典型值）时自动进行初始化。RST接受外部强制复位，低电平触发复位序列。由于系统时钟作为复位电路的时钟信号，上电后必须尽快提供系统时钟，在(V{DD}>2 V)、(V{CC}>4 V)且(overline{RST}= high)之前至少需要三个系统时钟。在(V{DD}<2 V)、(V{CC}<4 V)或(overline{RST}= low)时，以及(V{DD}>2 V)、(V{CC}>4 V)且(RST = high)后的(1 / f_{S})（最大值）计数内，PCM1804处于复位状态，数字输出强制为零。复位状态释放后经过(1116/f)时间，数字输出才有效。

六、总结与思考

PCM1804以其高精度、高性能、灵活的接口和低功耗等优点，成为音频处理领域的一款优秀A/D转换器。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择引脚连接、时钟配置和工作模式。同时，要严格遵守器件的绝对最大额定值和推荐工作条件，确保器件的稳定运行。大家在使用PCM1804的过程中，有没有遇到过什么特殊的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。