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PCM1748 的PDF資料 下載 ,331630K

PCM1748 的貨源和報(bào)價(jià) PCM1748 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器PCM1748的通用性應(yīng)用

    本文以Burr-Brown公司推出的PCM1748為例，說(shuō)明音頻DAC器件的改造方案。PCM1748是CMOS立體聲集成電路。它采用TI公司的增強(qiáng)型多級(jí)∑-Δ結(jié)構(gòu)和噪聲整形技術(shù)，執(zhí)著16～24位的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)以及三線串行控制端口操作，最高采樣率可達(dá)100kHz。
 
    2 音頻DAC的工作原理
 
    高分痃率音頻DAC大都采用多級(jí)幅度量化高階∑-Δ調(diào)制器結(jié)構(gòu)中。這樣，在實(shí)際應(yīng)用中可以提高音頻動(dòng)態(tài)范圍，減小時(shí)時(shí)鐘抖動(dòng)的敏感度，降低由此引發(fā)的失真；內(nèi)置過(guò)采樣的數(shù)字濾波器具有2種可供選擇滾降特性：慢滾降和陡滾降。對(duì)于PCM1748，其內(nèi)部是采用8級(jí)副度量化和4級(jí)噪聲整形技術(shù)。8級(jí)調(diào)制器結(jié)構(gòu)具有更的穩(wěn)定性和抗抖動(dòng)能力。過(guò)采樣調(diào)制器和內(nèi)插濾波器的采樣率是64fs。圖1是PCM1748的結(jié)構(gòu)圖。

    BCK：音頻數(shù)據(jù)位時(shí)鐘；
    DATA：音頻數(shù)據(jù)輸入；
    LRCK：左右聲道音頻數(shù)據(jù)的鎖存；
    以上3個(gè)引腳都是數(shù)字邏輯，耐壓能力5V。
    ML：模式控制鎖存輸入；
    MC：模式控制數(shù)據(jù)輸入；
    SCK：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入；

    ZEROL、ZEROR：左右聲道零標(biāo)志位；
    VDD、DGND：數(shù)字電源；
    VCC、AGND：模擬電源；
    VOUTL：VOUTR：左右聲道模擬輸出；
    VCOM：公共端。

    PCM1748在正常供電電源下，是通過(guò)串行接口來(lái)送入數(shù)據(jù)和進(jìn)行控制的。它的串行接口包括音頻三線同步串行接口和控制三線異步串行接口。

    音頻串行接口包括LRCK、BCK、DATA。其中，BCK是串行音頻位時(shí)鐘。它的功能是將DATA上現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通過(guò)此時(shí)鐘作用送入音頻接口的移位寄存器內(nèi)，并且注意串行數(shù)據(jù)是在BCK的上升沿送入音頻接口的。LRCK是串行音頻接口在左/右聲道數(shù)據(jù)字鎖存時(shí)鐘。它的功能是將數(shù)據(jù)鎖存到接口內(nèi)部的移位寄存器中。這里應(yīng)當(dāng)注意，無(wú)論BCK還是LRCK都應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)時(shí)鐘SCK同步，因而最好LRCK和BCK應(yīng)從系統(tǒng)時(shí)鐘SCK獲取。同時(shí)，LRCK與采樣頻率fs一致。BCK可選擇為32、48或64倍的采樣頻率。PCM1748支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的音頻數(shù)據(jù)格式，包括標(biāo)準(zhǔn)格式、I2S格式和左對(duì)齊格式。格式選擇是通過(guò)控制寄存器來(lái)設(shè)置。所有格式都需要二進(jìn)制補(bǔ)碼，高位在前的音頻數(shù)據(jù)，如圖2所示左對(duì)齊格式及其操作時(shí)序。
 
    PCM1748具有用戶可編程的模式控制。這些可控模式是通過(guò)串行控制口送入控制字來(lái)設(shè)置的。具體的可控模式功能有：軟靜噪、過(guò)采樣率、DAC操作控制、音頻數(shù)據(jù)格式、輸出相位選擇等。相應(yīng)的寄存器認(rèn)狀態(tài)和控制寄存器地址、定義，可參考說(shuō)明書(shū)。

    控制串行接口是通過(guò)對(duì)片上的模式寄存器進(jìn)行編寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能的。其中MD是串行數(shù)據(jù)輸入，用來(lái)寫(xiě)模式寄存器；MC是串行位時(shí)鐘，用來(lái)將數(shù)據(jù)控制口；ML是控制口的鎖存時(shí)鐘，是將控制字鎖存到寄存器中。所有的串行控制口的寫(xiě)操作都是采用16位數(shù)據(jù)字，如圖3所示。其中最高位為0；IDX[6～0]是標(biāo)志位，它為寫(xiě)操作提供寄存器索引或地址，低7位D[7～0]是寫(xiě)放到該地址的寄存器數(shù)據(jù)值。圖4表明這一寫(xiě)入時(shí)序。
通過(guò)串行口的正確控制及特定音頻數(shù)據(jù)的輸入，在音頻特定采樣頻率及時(shí)鐘控制下，再輔以必要的外圍電源和輸出電路，PCM1748就可以正常地進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換了。

    3 將音頻DAC改造為通用
 
    在保證音頻DAC正常工作的前提下，將其改造成為通用型DAC的設(shè)計(jì)，要是要突破音頻信號(hào)的數(shù)據(jù)格式和采樣頻率的限制，使其適應(yīng)通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的使用。為實(shí)現(xiàn)這一功能，我們采用TI公司的TMS320F206（簡(jiǎn)稱F206）作為控制的核心器件，需要從以下幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。
 
    （1）電源的設(shè)計(jì)
 
    音頻DAC正常工作的電源包括模擬電源和數(shù)字電源。模擬電源VCC采用+5V供電，提供DAC模擬和輸出濾波器的電源；數(shù)字電源VDD采用3.3V供電，提供數(shù)字濾波器和串行接口的電源。為減少電源數(shù)量，采用美信公司的DC-DC轉(zhuǎn)換芯片MAX1748將+5V轉(zhuǎn)換為3.3V，同時(shí)，系統(tǒng)中濾波和輸出電路的運(yùn)放需要-5V的電源，也可通過(guò)MAX735將+5V轉(zhuǎn)換而得，如圖5所示。

    （2）時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)計(jì)
 
    對(duì)于時(shí)鐘的設(shè)計(jì)主要包括音頻串行時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和控制串行時(shí)鐘的設(shè)計(jì)2部分（見(jiàn)圖5）。
音頻串行時(shí)鐘主要是BCK、LRCK、還有系統(tǒng)主時(shí)鐘SCK。這里L(fēng)RCK等于采樣頻率fs，BCK采用64fs。為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，我們利用F206的CLKOUT1（20MHz）作為SCK，提供系統(tǒng)時(shí)鐘，利用分頻器件74HC393的256分頻作為L(zhǎng)RCK，4分頻作為BCK。這樣采樣頻率確定為20MHz/256=78.125kHz。通過(guò)不同的分頻比可以確定不同的采樣頻率。
 
    控制串行接口的時(shí)鐘ML、MC可直接由F206的同步串口時(shí)鐘CLKX和FSX提供。由于BCK和MC都是利用F206的同步串口時(shí)鐘線CLKX， 為區(qū)分音頻串行接口的數(shù)據(jù)和控制串行數(shù)據(jù)，BCK-CLKX和MC-CLKX采用模擬開(kāi)關(guān)74HC251控制。需要送控制字時(shí)，將MC與CLKX接通；需要送數(shù)據(jù)時(shí)，將BCK與CLKX接通，并且通過(guò)8255擴(kuò)展的I/O口進(jìn)行74HC393和74HC251的觸發(fā)和切換。
 
    （3）數(shù)據(jù)的寫(xiě)入
 
    音頻串行口的數(shù)據(jù)輸入DATA與F206的同步串行口DX相連，也就是數(shù)據(jù)由同步串口提供。F206采用連續(xù)模式下外部時(shí)鐘方式。74HC393的4分頻輸出連至PCM1748的BCK和F206的CLKX。這里F206應(yīng)設(shè)置同步串口寄存器SSPCR，采用CLKX外部時(shí)鐘源。由于F206在CLKX上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，應(yīng)設(shè)置SSPST改變CLKX極性，下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。這里，我們采用的是24位左對(duì)齊的數(shù)據(jù)格式。F206檢測(cè)到LRCK的下降沿一定時(shí)間后開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，每次傳送2個(gè)字。根據(jù)左對(duì)齊的方式只截取高24位作為需要的24位數(shù)據(jù)。這里需要說(shuō)明的是，24位數(shù)據(jù)采用的是二的補(bǔ)碼格式。控制串行口的數(shù)據(jù)直接利用F206的同步串口——突發(fā)模式內(nèi)部時(shí)鐘方式進(jìn)行所需控制字的傳送。MC與DX相連即可。
 
    （4）輸出調(diào)理電路設(shè)計(jì)
 
    ∑-Δ型DAC采用噪聲整形技術(shù)來(lái)提高信號(hào)帶寬范圍內(nèi)的信噪比。與此同時(shí)，在信號(hào)帶寬范圍外高于需耐奎斯特頻率（fs/2）的噪聲增大。這就是將噪聲均勻分布到了直流，直至Kfs/2范圍內(nèi)，其中K為過(guò)采樣率。為提高轉(zhuǎn)換器性能，信號(hào)帶寬外的噪聲必須通過(guò)低通濾波器濾除。其是通過(guò)片上和片外的低通濾波器實(shí)現(xiàn)的。
 
    PCM1748有左右2個(gè)聲道，可以通過(guò)設(shè)置控制寄存器來(lái)選擇輸出的聲道。這里，只利用1路輸出VOUTL，此輸出須經(jīng)外部低通濾波和電壓轉(zhuǎn)換送到高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，作為基準(zhǔn)信號(hào)。
 
    片外低通濾波器的截至頻率最高為fs/2。在此方案設(shè)計(jì)中為78.125kHz/2=39.0625kHz。采用雙電源供電的二階巴特沃斯濾波器，利用多級(jí)反饋以減少頻率和溫度變化時(shí)對(duì)元件變化的敏感度，同時(shí)高質(zhì)量的運(yùn)算放大器也是保證DAC轉(zhuǎn)換精度所需要的。片外的低通濾波電路如圖6所示。
 
    音頻器件的輸出都在某一中心值上下范圍內(nèi)。PCM1748是以50%VCC=2.5V為中心值，滿量程為62%VCC=3.1V，也就是說(shuō)輸出的模擬信號(hào)是在0.95～4.05V范圍內(nèi)。為將輸出轉(zhuǎn)換到需要的0～2.5V范圍內(nèi)，需采用電壓變換電路，如圖7所示。
 
    計(jì)算關(guān)系如下：
    取R1=200Ω，則R2=526Ω，R3=160Ω。這里運(yùn)放采用美信公司的MAX4431。它是低噪聲低失真的寬帶運(yùn)算放大器。
 
    通過(guò)以上幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)，音頻系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通用DAC轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如表1所列。而且可通過(guò)程序?qū)?的補(bǔ)碼的格式轉(zhuǎn)換成一般二進(jìn)制，或者直接利用2的補(bǔ)碼進(jìn)行計(jì)算。

表1 改造后DAC輸入-輸出關(guān)系
 

    4 程序設(shè)計(jì)
 
    針對(duì)實(shí)際需要，可以設(shè)置不同的控制寄存器值，例如：改變數(shù)據(jù)格式、輸出通道的選擇等。這里給出系統(tǒng)和程序的工作流程圖，如圖8所示。
在設(shè)計(jì)程序時(shí)，要注意幾點(diǎn)問(wèn)題。在對(duì)音頻器件的控制串行口進(jìn)行操作時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)MC應(yīng)通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)切換到與CLKX相連；F206的同步串口采用突發(fā)內(nèi)部時(shí)鐘方式，這是通過(guò)設(shè)置SSPCR來(lái)控制的。在音頻串行控制口操作時(shí)，BCK應(yīng)切換到與CLKX相連；F206同步串口采用連續(xù)外部時(shí)鐘方式，并且在CLKX下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)改變SSPCR和SSPST來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)程序見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。
 
    5 總結(jié)
    通過(guò)實(shí)際應(yīng)用改造，音頻器件不僅可以應(yīng)用于視音頻場(chǎng)合，也可將音頻DAC器件用于一般的數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換。 

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