WM8904：便携式音频应用的高性能超低功耗编解码器

在当今的便携式音频设备市场中，对于高性能、低功耗编解码器的需求日益增长。Cirrus Logic公司的WM8904就是这样一款专为便携式音频应用优化的编解码器，它集成了众多先进技术，为音频处理带来了出色的解决方案。

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一、WM8904概述

WM8904是一款高性能超低功耗立体声编解码器，非常适合便携式音频应用。它具有灵活的模拟接口和强大的数字信号处理（DSP）能力，能够满足小型便携式设备的音频处理需求。该编解码器支持多达6个模拟音频输入，包括单端或差分麦克风/线路输入，并提供集成偏置参考，可直接为标准驻极体麦克风供电。此外，它还支持两通道数字麦克风接口，可直接将数字音频数据输入到DSP核心，绕过ADC。

二、关键特性与优势

2.1 音频性能卓越

• 低功耗运行：在DAC到耳机播放时，静态功耗仅为3.0mW，在模拟旁路播放时为2.4mW，有效延长了便携式设备的电池续航时间。
• 高信噪比与低失真：DAC的典型SNR为96dB，THD为 -86dB；ADC的典型SNR为91dB，THD为 -80dB，能够提供高质量的音频输出。
• 多模式输入支持：支持单端和差分输入模式，可连接多达3个立体声麦克风或线路输入，输入阻抗恒定，适应不同的音频源。

2.2 先进的音频处理技术

• 动态范围控制器（DRC）：可在ADC或DAC的数字数据路径中启用，提供压缩和自动电平控制，适应输入信号幅度的变化，同时具备“抗削波”和“快速释放”功能，提高在嘈杂环境中的音频清晰度。
• ReTuneTM Mobile 5 - 带参数均衡器（EQ）：可在DAC路径中启用，用于调整输出的频率特性，补偿扬声器的频率响应，满足用户对不同音频效果的需求。

2.3 灵活的时钟配置

• 集成FLL：可从多种参考源和频率生成SYSCLK，支持常见的音频采样率，还能在无外部参考源的情况下生成自由运行的时钟，为系统提供了额外的灵活性。
• 混合采样率支持：支持混合的ADC和DAC采样率，可根据应用需求进行灵活配置。

2.4 完善的输出管理

• 地面参考输出：提供一对地面参考的Class - W耳机输出和两个线路输出，无需直流阻塞电容，采用直流伺服电路进行直流偏移校正，抑制爆音并降低功耗。
• 静音开关技术：所有输出均采用SilentSwitch技术，有效抑制启动、关闭或信号路径控制时产生的爆音和咔嗒声。

三、功能模块详解

3.1 模拟输入信号路径

WM8904具有六个模拟输入引脚，可支持多个麦克风或线路输入源。输入多路复用器可选择不同的输入配置，支持单端和差分模式的线路和麦克风输入，部分配置还能提供共模噪声抑制。其中，有两个引脚具有双重功能，可作为数字麦克风输入。

3.2 模数转换器（ADC）

采用立体声24位、128x过采样的sigma - delta ADC，支持64x过采样率，可在功耗和音频性能之间进行权衡。ADC的满量程输入电平与AVDD成正比，可通过数字音量控制对输出进行放大或衰减。

3.3 动态范围控制（DRC）

DRC可在ADC或DAC的数字数据路径中启用，提供压缩和自动电平控制。它具有两个不同的压缩区域，可设置压缩斜率、增益限制、攻击和衰减速率等参数，还具备抗削波和快速释放功能，提高音频的可懂度。

3.4 数字混音

ADC和DAC数据可以多种方式组合，支持不同的使用模式。可将ADC数据路由到数字音频接口的左右通道，也可将数字音频接口通道的数据路由到左右DAC。此外，还提供动态范围控制功能，以及数字侧音混合功能。

3.5 数模转换器（DAC）

DAC接收来自DACDAT引脚和数字侧音路径的数字输入数据，采用Wolfson SmartDAC™架构，降低功耗并减少高频噪声和对时钟抖动的敏感性。输出电平可通过数字音量控制进行调节，支持软静音和软取消静音功能，避免爆音。

3.6 输出信号路径

输出包括耳机输出（HPOUTL和HPOUTR）和线路输出（LINEOUTL和LINEOUTR），每个输出都可单独启用和控制音量。输出路径提供共模噪声抑制反馈路径，可有效抑制系统相关的接地噪声。

3.7 电荷泵

集成双模式电荷泵，为耳机和线路输出驱动器提供电源。可根据操作条件优化功耗，支持寄存器控制和动态控制两种模式。

3.8 DC伺服

提供四个DC伺服电路，用于去除耳机和线路输出的直流偏移，确保输出的DC电平保持在离地面1mV以内，减少功耗和爆音。

3.9 数字音频接口

支持四种不同的音频数据格式（左对齐、右对齐、I2S和DSP模式），以及时分复用（TDM）功能，可在主模式或从模式下运行。

3.10 时钟和采样率

内部时钟均来自SYSCLK，可直接从MCLK或通过FLL生成。支持自动时钟配置，可编程的分频器可根据CLK_SYS_RATE和SAMPLE_RATE字段自动配置。

3.11 通用输入/输出（GPIO）

提供四个多功能引脚，可配置为多种输入或输出功能，包括GPIO输入、中断输出、数字麦克风时钟输出、FLL锁定输出等。

3.12 控制接口

通过2 - 线串行控制接口进行寄存器写入控制，支持单写、单读、使用自动递增的多写和多读操作。还集成了控制写序列器，可执行一系列寄存器写入操作，减少对主机处理器的需求。

四、应用场景

WM8904适用于多种便携式音频设备，如便携式多媒体播放器、多媒体手机、手持游戏设备、无线耳机、移动互联网设备和上网本等。其高性能和低功耗特性能够满足这些设备对音频质量和电池续航的要求。

五、总结

WM8904作为一款高性能超低功耗的立体声编解码器，凭借其卓越的音频性能、先进的音频处理技术、灵活的时钟配置和完善的输出管理，为便携式音频应用提供了理想的解决方案。无论是在音频质量还是功耗控制方面，WM8904都表现出色，能够帮助工程师设计出更优质的便携式音频设备。在实际应用中，工程师可以根据具体需求对WM8904进行灵活配置，以实现最佳的音频效果。你在使用WM8904的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。