1 引言
PCM2702是一塊單片數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。它有兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出通道和一個(gè)一體化的USB接口控制器。該接口符合USB1.0標(biāo)準(zhǔn)。PCM2702采用最新開發(fā)研制的SPAct TM(采樣期內(nèi)自適應(yīng)控制跟蹤)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠從USB接口的音頻數(shù)據(jù)中分離出一個(gè)穩(wěn)定的、偏差較小的時(shí)鐘信號(hào)以協(xié)調(diào)PLL和DAC工作。
PCM2702主要由三部分組成:一個(gè)是Burr-Brown公司研制的增強(qiáng)型多層次δ-σ調(diào)制器,一個(gè)是8×重復(fù)采樣數(shù)字插值濾波器,還有一個(gè)模擬輸出低通濾波器。
PCM2702可以接收48kHz、44kHz和32kHz采樣速率的16位立體聲或單聲道音頻數(shù)據(jù),芯片內(nèi)部集成有數(shù)字電位器的軟件靜音功能,通過USB的音頻等級(jí)需求可以控制電位器和靜音功能。
2 性能特點(diǎn)
2.1 管腳排列及功能
圖1所示為PCM2702的引腳排列,表1為引腳功能說明。
表1 引腳功能說明
管腳 |
名稱 |
類型 |
功能描述 |
1 |
XTI |
IN |
晶體振蕩器輸入 |
2 |
VDDC |
- |
時(shí)鐘產(chǎn)生器電源(3.3V) |
3 |
DGNDC |
- |
時(shí)鐘產(chǎn)生器數(shù)字地 |
4 |
VDD |
- |
數(shù)字電源(3.3V) |
5 |
DGND |
- |
數(shù)字地 |
6 |
D+ |
IN/OUT |
USB差分輸入/輸出正極 |
7 |
D- |
IN/OUT |
USB差分輸入/輸出負(fù)極 |
8 |
VBUS |
IN |
USB總線電源(該管腳絕對(duì)不消耗USB總線電源) |
9 |
DGNDU |
- |
USB收發(fā)器的數(shù)字地 |
10 |
PLYBCK |
OUT |
回放指示標(biāo)志,低電平有效(低電平:回放;高電平:等待) |
11 |
SSPND |
OUT |
暫停指示標(biāo)志,低電平有效(低電平:暫停;高電平,工作) |
12 |
ZERO |
OUT |
低電平為正常;高電平為0 |
13 |
TEST3 |
IN |
測試管腳3,和數(shù)字地相連 |
14 |
TEST2 |
IN |
測試管腳2,和數(shù)字地相連 |
15 |
TEST1 |
IN |
測試管腳1,和數(shù)字地相連 |
16 |
TEST0 |
IN |
測試管腳0,和數(shù)字地相連 |
17 |
VCCR |
- |
右通道模擬電源+5V |
18 |
AGNDR |
- |
右通道模擬地 |
19 |
VOUTR |
OUT |
右通道模擬輸出 |
20 |
AGND |
- |
模擬地 |
21 |
VCOM |
- |
數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)直流共模電壓 |
22 |
VCC |
- |
模擬電源+5V |
23 |
VOUTL |
OUT |
左通道模擬輸出 |
24 |
AGNDL |
- |
左通道模擬地 |
25 |
VCCL |
- |
左通道模擬電源+5V |
26 |
AGNDP |
- |
鎖相環(huán)電路模擬地 |
27 |
VCCP |
- |
鎖相環(huán)模擬電源+5V |
28 |
XTO |
OUT |
晶體振蕩器輸出 |
2.2 性能特點(diǎn)
PCM2702的主要特點(diǎn)如下:
●具有一體化的USB接口。該USB接口完全符合USB1.0標(biāo)準(zhǔn),其全速數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)12Mb/s,且具有同步傳送適配模式,并自帶供電裝置。
●可接收16位立體聲和單聲道USB音頻數(shù)據(jù)流。
●模擬性能(Vcc=5V)
動(dòng)態(tài)范圍為100dB;
信噪比:150dB(典型值);
THD+N:0.002%;
滿刻度輸出為3.1Vp。
●具有8×重復(fù)采樣數(shù)字濾波器。
●采樣速率(fs)可選用32kHz、44.1kHz或48kHz。
●內(nèi)部集成有獨(dú)立的12MHz時(shí)鐘發(fā)生器。
●具有多媒體功能。
●采用雙電源供電。其中模擬部分為+5V;數(shù)字部分為+3.3V。
●采用SSOP-28封裝形式。
2.3 電氣參數(shù)
表2所列為PCM2702的性能參數(shù)。表中的參數(shù)除特殊說明外,均在下列條件下測試:
表2 PCM2702的性能參數(shù)
參數(shù) |
條件 |
PCM2702 |
單位 |
||||
最小值 |
典型值 |
最大值 |
|||||
分辨率 |
|
|
16 |
|
bits |
||
主機(jī)接口 |
|
支持USB1.0版體,全速 |
|
||||
數(shù)字信號(hào) |
音頻數(shù)據(jù)模式 |
|
USB步輸出 |
|
|||
數(shù)據(jù)位長度 |
|
|
16 |
|
|
||
數(shù)據(jù)通道 |
|
|
1,2 |
|
|
||
采樣速率(fs) |
|
|
32,44.1,48 |
|
|
||
|
輸入邏輯電平 |
V1H(1) |
|
2.0 |
|
|
VDC |
|
V1L(1) |
|
|
|
0.8 |
VDC |
|
|
V1H(2) |
|
0.7VDD |
|
|
VDC |
|
|
V1L(2) |
|
|
|
0.7VDD |
VDC |
|
|
輸入邏輯電流 |
I1H(1) |
VIN=VDD |
|
+65 |
+100 |
μA |
|
I1L(1) |
VIN=0V |
|
|
±10 |
μA |
|
|
I1H(2) |
VIN=VDD |
|
|
±10 |
μA |
|
|
I1H(2) |
VIN=0V |
|
|
±10 |
μA |
|
|
輸出邏輯電平 |
VOH(3) |
I0H=-1mA |
2.8 |
|
|
VDC |
|
VOL(3) |
I0L=+1mA |
|
|
0.5 |
VDC |
|
動(dòng)態(tài)性能 |
THD+N(VOUT=0dB) |
|
|
0.002 |
0.005 |
% |
|
THD+N(VOUT=-60dB) |
|
|
1.2 |
|
% |
||
動(dòng)態(tài)范圍 |
EIAJ A-Weighted |
96 |
100 |
|
dB |
||
信噪比 |
EIAJ A-Weighted |
100 |
105 |
|
dB |
||
通道隔離 |
|
98 |
103 |
|
dB |
||
DC精度 |
增益誤差 |
|
|
±1.0 |
±3.0 |
%FSR |
|
通道間的增益失配 |
|
|
±1.0 |
±3.0 |
%FSR |
||
兩極的零點(diǎn)誤差 |
VOUT=0.5Vcc |
|
±30 |
±60 |
mV |
||
模擬輸出 |
輸出電壓 |
滿刻度(-0dB) |
|
62%Vcc |
|
Vp-p |
|
中心電壓 |
|
|
50%Vcc |
|
VDC |
||
負(fù)載阻抗 |
|
5 |
|
|
kΩ |
TA=25℃,Vcc=VCCL=VCCR=VCCP=5.0V,VDD=VDDC=3.3V,fs=44.0MHz,信號(hào)頻率1kHz,16位數(shù)據(jù)。管腳8、13、14、15、16分別為VBUS、TEST3、TEST2、TEST1和TEST0;管腳10、11、12、28分別是PLYBCK、SSPND、ZERO和XTO。
參數(shù)中的動(dòng)態(tài)性能限決于標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的信號(hào)質(zhì)量,并隨系統(tǒng)不同面不同,動(dòng)態(tài)性能的各項(xiàng)參數(shù)是用一臺(tái)Shibasoku#725 THD測量儀測得的。該儀器的特點(diǎn)是帶有400Hz的高通濾濾器、30kHz的低通濾波器、通用模式且具有20kHz的帶寬限制。通過交流耦合器的模擬輸出端負(fù)載為5kΩ或更大。
3 工作原理
圖2所示是PCM2702的組成框圖,各部分工作原理如下:
3.1 USB接口
該USB接口符合串行共用總線修訂版1.0版標(biāo)準(zhǔn)。
控制信號(hào)和音頻數(shù)據(jù)信號(hào)均通過D+(6腳)和D-(7腳)送入PCM2702中心。所有數(shù)據(jù)都以全速輸入或輸出。USB總電源VBUS(8腳)和USB數(shù)字地DGNDU(9腳)均與USB總線相連,由于VBUS僅用來分離芯片與USB總線的連接,所以VBUS不消耗USB總線電源功率。表3是USB接口的有關(guān)信息。
表3 USB接口信息
USB版本 |
1.0 |
|
0×00(元件決定了接口標(biāo)準(zhǔn)) |
|
0×00(沒有具體說明) |
|
0×00(沒有具體說明) |
終端O的最大數(shù)據(jù)長度 |
8位 |
|
0×08BB |
芯片識(shí)別號(hào) |
0×2702 |
版本 |
1.0 |
3.2 元件結(jié)構(gòu)
圖3是USB音頻功能邏輯框圖,PCM2702有兩個(gè)接口,每一個(gè)接口都由一些可供選擇的設(shè)置組成。接口#0有一個(gè)備選設(shè)置,備選設(shè)置#0是一標(biāo)準(zhǔn)的音頻控制接品,該接口有一個(gè)端口。PCM2702有一下列三個(gè)端口,輸入端口(IT)、輸出端口)OT)和功能單元(FU)。輸入端口定義為“USB”數(shù)據(jù)流(端口類型0×0101),輸入端口可以接2個(gè)通道的音頻流,這2個(gè)通道分別可作為音頻流的左右聲道的壓縮數(shù)據(jù)傳輸通道。輸出端口為“揚(yáng)聲器”端口(端口類型0×0301。)
功能控制單元支持音量控制和靜音控制功能。內(nèi)建的數(shù)字音量控制電位器可根據(jù)音頻級(jí)別的具體要求以步進(jìn)量為1.0dB在0.0dB~64.0dB之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)聲道可獨(dú)立設(shè)置,同時(shí)也支持主音量控制,內(nèi)建的數(shù)字靜音控制器也可以根據(jù)音頻等級(jí)的具體要求進(jìn)行操作,以支持主靜音控制,但不支持單獨(dú)的聲道進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
接口#1有3個(gè)可選擇的設(shè)置:#0備選設(shè)置是零帶寬設(shè)置;#1設(shè)置是16位立體聲設(shè)置,它是一個(gè)可操作性設(shè)置;#2設(shè)置是16位單聲道設(shè)置,也是一個(gè)可操作性設(shè)置。PCM2702有兩個(gè)終端,即:控制終端(EP#0)和同步音頻數(shù)據(jù)流終端(EP#2)??刂平K端是默認(rèn)終端,常用來根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)USB需求和USB音頻等級(jí)的具體需求對(duì)PCM2702的所有功能進(jìn)行控制。同步音頻數(shù)據(jù)流終端是音頻吸收終端,它接收來自PCM的音頻數(shù)據(jù)流和接收重配的傳輸模式。
3.3 時(shí)鐘和重置電路
PCM2702需要一個(gè)12MHz(±500ppm)的時(shí)鐘來協(xié)調(diào)USB和音頻功能控制部分的工作。該時(shí)鐘信號(hào)可由內(nèi)部集成的12MHz晶振提供,也可以及XTI(腳1)輸入12MHz內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)(如圖4所示),12MHx晶體諧振器與一個(gè)1MΩ電阻和兩個(gè)小電容一起連至XTI和XTO,電容值的大小取決于具體的晶體諧振器的負(fù)載。如果使用內(nèi)部時(shí)鐘則應(yīng)從XTI輸入,而且XTO必須懸空,XTI腳時(shí)鐘信號(hào)的邏輯電平為+3.3V,而不是5V。圖5是外部12MHz時(shí)鐘連接電路。
PCM2702包含一個(gè)內(nèi)部電源接通恢復(fù)電路。當(dāng)VDD電平大于2.0V時(shí),該電路將自動(dòng)恢復(fù)起始數(shù)字邏輯電平,整個(gè)過程大約需要350μs。為確保接電時(shí)序的正常工作,VDD電壓必須在10ms內(nèi)升至2.0V。
3.4 接口時(shí)序
● 電源接通,連接和回放時(shí)序
當(dāng)電路完成起始電平的恢復(fù)并在USB總線接通后,PCM2702設(shè)置準(zhǔn)備完畢。當(dāng)建立和USB總線的連接后,PCM2702準(zhǔn)備接收USB音頻數(shù)據(jù)。在等待音頻數(shù)據(jù)送來時(shí),模擬輸出設(shè)置為雙零點(diǎn)零標(biāo)志,ZERO(腳12)為高電平。
當(dāng)接收到音頻數(shù)據(jù)后,PCM2702將第一批數(shù)據(jù)包(含1ms的音頻數(shù)據(jù))存貯到一個(gè)內(nèi)部存貯器中,當(dāng)檢測到頭幀后,PCM2702開始回放。
●播放停止和分離時(shí)序
當(dāng)主機(jī)完成或停止音頻回放時(shí),PCM將在最后傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)接收后停止播放,PCM2702的播放停止和分離時(shí)序如圖6所示。
3.5 PLYBCK、SSPND和ZERO標(biāo)志
PLYBCK、SSPND和ZERO標(biāo)志定義如下:
PLYBCK:當(dāng)PCM音頻輸入數(shù)據(jù)正在播放時(shí),PLYBCK(腳10)為低電平效;
SSPND:USB接口處于掛起狀態(tài)時(shí),SSPND(腳11)低電平有效。
ZERO:如果PCM音頻輸入數(shù)據(jù)持續(xù)102個(gè)采樣周期為0,則進(jìn)入ZERO狀態(tài)。ZERO(腳12)為高電平有效。
4 應(yīng)用
PCM2702可用于標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立USB音頻揚(yáng)聲器、CRT/LCD一體化USB音頻場聲器,USB音頻放大器等各種USB音頻設(shè)備中。圖7為種PCM2702的典型應(yīng)用電路。