探索PCM1850A/1851A：高性能立体声A/D转换器的卓越之选

在音频处理和转换领域，一款性能卓越的A/D转换器对于实现高质量音频信号处理至关重要。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）推出的PCM1850A/1851A 24位、96kHz立体声A/D转换器，看看它究竟有哪些独特的魅力。

文件下载：PCM1851APJTR.pdf

一、产品概述

PCM1850A/1851A是一款高性能、低成本的单芯片立体声模拟 - 数字转换器，具有单端模拟前端，包含一个6立体声输入多路复用器和宽范围可编程增益放大器（PGA）。它采用了高度先进的CMOS工艺，封装为小巧的32引脚TQFP，非常适合各种对成本敏感的DVD/CD/MD记录仪和接收器应用。

二、核心特性剖析

（一）多路复用器和可编程增益放大器（PGA）

• 输入通道丰富：具备6×2通道单端输入，提供了多路信号输入的可能性，最大输入电平可达2.4V rms，输入电阻最小为50kΩ。
• 灵活的增益调节：PGA增益范围为 - 11dB至11dB，以0.5dB为步长进行调节，能够满足不同信号强度的处理需求。

（二）24位Delta - Sigma立体声A/D转换器

• 内置抗混叠滤波器：采用过采样抽取滤波器，过采样频率为×64，通带纹波仅为±0.05dB，阻带衰减达到 - 65dB，同时片上还有0.91Hz（48kHz）的高通滤波器，有效去除输入信号的直流分量。
• 高性能表现：典型的总谐波失真加噪声（THD + N）为0.0023%，信噪比（SNR）为101dB，动态范围为102dB，能够提供高质量的音频转换效果。

（三）PCM音频接口

• 模式可选：支持主/从模式选择，可根据具体应用场景灵活配置。
• 多样的数据格式：支持24位左对齐、24位I2S、16位和24位右对齐等多种数据格式。
• 不同的控制方式：PCM1850A通过SPI控制，PCM1851A通过I2C控制，方便工程师根据系统需求进行选择。
• 宽采样率范围：采样率为16 - 96kHz，系统时钟支持256fs、384fs、512fs、768fs。
• 双电源供电：模拟部分采用5V供电，数字部分采用3.3V供电，满足不同电路模块的需求。

三、电气特性详解

（一）数字输入/输出

• 数据格式多样：音频数据接口格式包括左对齐、I2S、右对齐，位长度有16位和24位可选，数据格式为MSB优先、2s补码。
• 采样和系统时钟：采样频率范围为16 - 96kHz，系统时钟频率根据不同的倍数关系有多种选择，如256fs对应的频率范围为4.096 - 24.576MHz等。

（二）输入输出逻辑

• 输入逻辑电平：不同引脚的输入逻辑电平有明确规定，如VIH和VIL的取值范围，以及输入逻辑电流的要求。
• 输出逻辑电平：输出逻辑电平在不同输出电流下有相应的规定，如VOH和VOL的值。

（三）模拟前端相关特性

• 多路复用器：有6个输入通道，满量程输入电平为2 - 2.4V rms，选中通道和未选中通道的中心电压和输入阻抗有不同的特性。
• PGA：增益范围为 - 11 - 11dB，增益步长为0.5dB，具有单调性，抗混叠滤波器在PGA增益为 - 5.5dB时， - 3dB频率为300kHz。
• 监测输出：满量程输出电平典型为0.6VCC（AC耦合，负载 > 10kΩ），输出负载要求AC耦合且不小于10kΩ，THD + N典型为0.0016%，信噪比为104dB，增益误差为 - 3% FSR，中心电压为0.5VCC。
• ADC：分辨率为24位，满量程输入电压为0.6VCC（峰 - 峰值）。

（四）精度和动态性能

• 精度方面：通道间增益失配最大为±3% FSR，增益误差最大为±5% FSR，双极零误差（高通滤波器旁路时）最大为±2% FSR。
• 动态性能：不同采样频率和输入电平下，THD + N、动态范围、信噪比、通道分离度等指标表现出色。例如，在fs = 48kHz，VIN = - 0.5dB（1.89V rms）时，THD + N典型为0.0023%，动态范围典型为102dB，信噪比典型为101dB。

（五）电源要求和温度范围

• 电源电压：模拟电源VCC范围为4.5 - 5.5V，数字电源VDD范围为2.7 - 3.6V。
• 电源电流：不同工作状态下，如正常工作、掉电状态等，电源电流有不同的取值，且与采样频率有关。
• 功耗：工作时的功耗根据采样频率不同而有所变化，掉电状态下功耗较低。
• 温度范围：工作温度范围为 - 40 - 85°C，热阻为80°C/W。

四、典型性能曲线分析

文档中给出了内部滤波器（数字滤波器、高通滤波器、模拟抗混叠滤波器）在不同条件下的典型性能曲线，以及在PGA增益为 - 5.5dB时的总谐波失真加噪声、动态范围和信噪比、输出频谱、电源电流、PGA增益线性度等性能曲线。这些曲线能够帮助工程师更直观地了解芯片在不同工作条件下的性能表现，为实际应用中的参数调整和优化提供参考。

五、详细工作机制

（一）系统时钟

PCM1850A/1851A支持256fs、384fs、512fs和768fs作为系统时钟，系统时钟通过SCKI（引脚7）输入。在从模式下，芯片的系统时钟检测电路会自动检测系统时钟频率；在主模式下，需要通过串口进行模式控制来选择系统时钟频率。768fs系统时钟在主模式或fs = 88.2kHz和96kHz的从模式下不可用。系统时钟会自动分频为128fs和64fs，分别用于数字滤波器和Delta - Sigma调制器的操作。

（二）上电复位序列

芯片具有内部上电复位电路，当电源VDD超过2.2V（典型值）时，会自动进行初始化（复位）。在VDD < 2.2V（典型值）以及VDD > 2.2V（典型值）后的1024个系统时钟内，芯片处于复位状态，数字输出被强制为零。复位状态释放且经过4500/fs时间后，数字输出有效。上电复位释放时，芯片不需要系统时钟。

（三）模拟前端

PCM1850A/1851A的模拟前端电路通过串口进行模式控制，可实现多路复用器输入选择和PGA增益调节。多路复用器输入选择通过CH2、CH1、CH0三位控制，PGA增益选择通过PG5 - PG0六位控制。在进行通道和增益切换时，可能会在音频信号中产生爆音或其他意外的瞬态响应，建议在数字域进行适当的数据处理以控制瞬态。模拟前端仅允许通过输入电容进行交流输入，禁止直流输入，推荐VIN XX引脚的信号源电阻小于1kΩ。未选中的通道输入通过电阻（典型值57kΩ）连接到VREFS（= 0.5VCC）。芯片通过MOUTL/R引脚（引脚12和11）监测多路复用器输出，这些引脚的负载必须是交流耦合且不小于10kΩ，满量程输出电平典型为0.6VCC。

（四）串行音频数据接口

PCM1850A/1851A通过BCK（引脚2）、LRCK（引脚1）和DOUT（引脚3）与音频系统接口，支持主/从模式。

六、应用场景

PCM1850A/1851A适用于多种音频相关的应用场景，如DVD/HDD/DVD + HDD记录仪、AV放大器接收器、CD记录仪、MD记录仪、多轨记录仪以及电子乐器等。其高性能和低成本的特点使其在这些领域具有很大的优势。

在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择芯片的工作模式、数据格式、系统时钟频率等参数，同时注意模拟前端的输入要求和通道、增益切换时的瞬态处理。你在使用类似的A/D转换器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。