PCM1748：24位音频数模转换器的技术剖析与应用指南

在音频处理领域，数模转换器（DAC）的性能对音质起着关键作用。TI公司的PCM1748作为一款24位、96 kHz采样的音频DAC，凭借其卓越的性能和丰富的功能，在众多音频应用中得到广泛应用。今天，咱们就来深入了解一下PCM1748的各项特性和应用要点。

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产品概述

PCM1748是一款CMOS单片集成电路，采用小巧的SSOP - 16封装，集成了立体声数模转换器和支持电路。它采用TI的增强型多级Δ - Σ架构，结合四阶噪声整形和8级幅度量化技术，实现了出色的动态性能和对时钟抖动的高耐受性。

主要特性

1. 高分辨率与出色性能：具备24位分辨率，不同型号（PCM1748KE和PCM1748E）在动态范围、信噪比（SNR）和总谐波失真加噪声（THD + N）等方面表现优异。例如，PCM1748KE典型动态范围可达106 dB，THD + N典型值为0.002%。
2. 宽采样频率范围：支持5 kHz至100 kHz的采样频率，系统时钟可选256 fS、384 fS、512 fS、768 fS，并具备自动检测功能。
3. 丰富的数据格式支持：接受16 - 24位音频数据，支持标准、I2S和左对齐等行业标准音频数据格式。
4. 用户可编程功能：通过3线串行控制端口，可对数字衰减、数字去加重、数字滤波器滚降、软静音等功能进行编程控制。
5. 双电源供电：采用5 V模拟电源和3.3 V数字电源，数字输入具有5 V容限。

应用领域

PCM1748广泛应用于AV接收器、DVD播放器、高清电视接收器、汽车音响系统等需要24位音频处理的设备中。

电气特性

绝对最大额定值与推荐工作条件

在使用PCM1748时，必须严格遵守其绝对最大额定值，如电源电压、输入电流、环境温度等。推荐工作条件下，数字电源电压VDD为3.3 V，模拟电源电压VCC为5 V，采样时钟频率为32 - 96 kHz。

电气性能参数

1. 分辨率与数据格式：分辨率为24位，数据格式支持多种选择，且音频数据采用二进制补码、MSB优先。
2. 动态性能：不同型号在THD + N、动态范围、SNR和声道分离度等方面有不同表现，且受输出电压和采样频率影响。
3. 直流精度：包括增益误差、增益失配和双极性零误差等参数，确保音频输出的准确性。
4. 模拟输出特性：满量程输出电压典型值为3.1 Vp - p，中心电压为0.5 VCC，负载阻抗要求AC负载为5 kΩ。
5. 数字滤波器性能：提供尖锐和缓慢两种滚降滤波器特性，用户可根据需求选择。

引脚与功能

引脚分配

PCM1748的引脚包括音频数据位时钟输入（BCK）、音频数据数字输入（DATA）、左右声道音频数据锁存使能输入（LRCK）、系统时钟输入（SCK）等，以及模拟输出（VOUTL、VOUTR）和零标志输出（ZEROL、ZEROR）等。

终端功能

各引脚具有特定的功能，如AGND为模拟地，VCC为5 V模拟电源，VDD为3.3 V数字电源等。部分引脚采用施密特触发输入，具有5 V容限。

系统时钟与复位功能

系统时钟输入

PCM1748需要系统时钟来操作数字插值滤波器和多级Δ - Σ调制器，系统时钟通过SCK引脚输入。为获得最佳性能，应使用低相位抖动和噪声的时钟源，如TI的PLL1700多时钟发生器。

上电复位功能

当系统时钟激活且VDD > 2 V时，上电复位功能启用。初始化序列需要1024个系统时钟，复位期间模拟输出被强制为双极性零电平（VCC / 2），复位后模式控制寄存器初始化，设备开始正常工作。

音频串行接口

接口组成

音频串行接口由3线同步串行端口组成，包括LRCK、BCK和DATA。BCK用于时钟串行数据，LRCK用于锁存串行数据，二者应与系统时钟同步。

数据格式与时序

支持标准、I2S和左对齐等音频数据格式，默认数据格式为24位左对齐。音频接口的时序参数对于数据传输的准确性至关重要，如BCK脉冲周期时间、高电平时间和低电平时间等。

串行控制接口

接口功能

串行控制接口是一个3线异步串行端口，用于对片上模式寄存器进行编程。通过MD（串行数据输入）、MC（串行位时钟）和ML（控制端口锁存时钟）实现寄存器写操作。

寄存器写操作

写操作使用16位数据字，最高位必须为0，7位IDX[6:0]设置寄存器索引，8位D[7:0]包含要写入寄存器的数据。操作时，ML先置为逻辑0，提供16个MC时钟，最后ML置为逻辑1锁存数据。

控制接口时序要求

控制接口的时序参数对端口正常操作至关重要，如MC脉冲周期时间、高低电平时间等。

模式控制寄存器

PCM1748提供了多个用户可编程的模式控制功能，通过控制寄存器实现。这些功能包括数字衰减控制、软静音控制、过采样率控制、DAC操作控制、数字去加重功能控制、音频数据格式控制、数字滤波器滚降控制、零标志功能选择、输出相位选择和零标志极性选择等。每个功能都有默认设置，用户可根据需求进行编程调整。

典型性能曲线

文档中给出了数字滤波器（去加重关闭和开启）、模拟动态性能（THD + N、动态范围、SNR、声道分离度等与电源电压和温度的关系）等典型性能曲线，这些曲线有助于工程师了解PCM1748在不同条件下的性能表现，为电路设计和调试提供参考。

PCM1748以其高性能、丰富的功能和灵活的可编程性，为音频处理设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理设置各项参数，充分发挥其优势，以实现优质的音频输出。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。