16/20位立體聲音頻編解碼器PCM3002

摘要：PCM3002是TI公司推出的16/20位立體聲音頻編解碼芯片。文中簡要分析了該芯片的性能特點和工作原理，給出了PCM3002的典型應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：PCM3002；立體聲；編解碼器

１ 概述

ＰＣＭ３００２是低功耗單片立體聲音頻編解碼器，具有單極性模擬電壓輸入輸出。ＡＤＣ和ＤＡＣ能進行６４倍過采樣的Δ－Σ調(diào)制。ＡＤＣ包括一個數(shù)字抽選過濾器，ＤＡＣ包括一個８倍過采樣插值濾波器。ＤＡＣ還有數(shù)字衰減、去加重、無窮零檢測、軟件靜音等功能。它以左、右對齊格式進行操作，并支持ＩＩＳ 數(shù)據(jù)格式。ＰＣＭ３００２具有掉電模式，可分別獨立地運行于ＡＤＣ和ＤＡＣ上。ＰＣＭ３００２的編程函數(shù)由軟件控制。在工程應(yīng)用中，該芯片可以作為數(shù)字信號處理器（ＤＳＰ）的音頻模擬輸入和輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于軟件操控、節(jié)省布板空間等優(yōu)點。ＰＣＭ３００２的主要特性如下：

●單片２０位Δ－Σ ＡＤＣ和ＤＡＣ；

●１６／２０位數(shù)據(jù)輸入／輸出；

●立體聲ＡＤＣ：單極性電壓輸入；６４倍過采樣；ＴＨＤ＋Ｎ（總諧波失真＋噪聲）：－８６ｄＢ；ＳＮＲ： ９０ｄＢ；動態(tài)范圍：９０ｄＢ；

●立體聲ＤＡＣ：單極性電壓輸出；模擬低通濾波器；６４倍過采樣；ＴＨＤ＋Ｎ：－８６ｄＢ；ＳＮＲ：９４ｄＢ；動態(tài)范圍：９４ｄＢ；

●特殊性能：數(shù)字去加重；２５６級數(shù)字衰減；軟件靜音；數(shù)字回送；掉電：ＡＤＣ／ＤＡＣ獨立；

●采樣率：高達４８ｋＨｚ；

●系統(tǒng)時鐘：２５６ｆｓ、３８４ｆｓ、５１２ｆｓ；

●單電源＋３Ｖ供電。

２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

圖１給出了ＰＣＭ３００２的功能簡圖。采集到的模擬音頻信號經(jīng)過模擬前端后，送入Δ－Σ調(diào)制器和數(shù)字抽選過濾器，再經(jīng)調(diào)制過濾后以數(shù)字形式輸出。而輸入的數(shù)字音頻信號經(jīng)過數(shù)字插值濾波器和多級Δ－Σ調(diào)制器，然后再經(jīng)低通濾波并以模擬形式輸出給外部設(shè)備。

ＰＣＭ３００２采用ＳＳＯＰ－２４封裝，其引腳排列如圖２所示。

３ ＰＣＭ音頻接口

ＰＣＭ３００２的４線數(shù)字音頻接口包括：ＬＲＣＩＮ、ＢＣＫＩＮ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ。它可使用４種數(shù)據(jù)輸入／輸出格式（Ｆｏｒｍａｔ ０～３）。在軟件方式中，這些格式通過軟件寄存器３進行選擇。

在一個時鐘中，ＰＣＭ３００２可以采用３２、４８、６４位時鐘（ＢＣＫＩＮ）。當(dāng)采用３２位時鐘ＬＲＣＩＮ時，只能選擇１６位數(shù)據(jù)格式。音頻數(shù)據(jù)輸入輸出格式見圖３。

４ 系統(tǒng)時鐘

ＰＣＭ３００２的系統(tǒng)時鐘頻率必須為２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ，這里ｆｓ是音頻采樣頻率。系統(tǒng)時鐘通過ＳＹＳＣＬＫ引腳輸入。ＰＣＭ３００２還有一套系統(tǒng)時鐘檢測電路，能自動檢測系統(tǒng)時鐘是否工作在２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ。當(dāng)系統(tǒng)時鐘采用３８４ｆｓ或５１２ｆｓ時，它自動將其分離為２５６ｆｓ 。２５６ｆｓ時鐘用于操控數(shù)字濾波器和Δ－Σ調(diào)制器。

４．１ 上電復(fù)位

ＰＣＭ３００２具有內(nèi)部上電復(fù)位電路。當(dāng)ＳＹＳＣＬＫ有效且ＶＤＤ＞２．２Ｖ時，產(chǎn)生上電復(fù)位。初始化序列需要１０２４個ＳＹＳＣＬＫ周期來完成。

４．２ 外部復(fù)位

ＰＣＭ３００２有一個復(fù)位引腳ＲＳＴ。當(dāng)ＳＹＳＣＬＫ有效時，外部復(fù)位信號必須驅(qū)動ＲＳＴ為低至少４０ｎｓ以初始化復(fù)位序列。初始化開始于ＲＳＴ的上升沿，并且需要１０２４個ＳＹＳＣＬＫ周期來完成。

圖3

４．３ 數(shù)字音頻系統(tǒng)同步

ＰＣＭ３００２通過操作ＬＲＣＬＫ來使其與系統(tǒng)時鐘同步。ＬＲＣＩＮ與系統(tǒng)時鐘之間不需要任何特別的相位關(guān)系，但必須有同步。若在一個采樣周期中由于ＬＲＣＩＮ上的相位抖動使系統(tǒng)時鐘和ＬＲＣＩＮ之間的同步變化多于６個位時鐘ＢＣＫＩＮ，則ＤＡＣ的內(nèi)部操作將在１／ｆｓ時間內(nèi)停止，模擬輸出也將被強制到正負零（０．５ＶＣＣ）?直到系統(tǒng)時鐘在ｔＤＡＣＤＬＹ２延遲時間后又被同步到ＬＲ-ＣＬＫ。與此同時，ＡＤＣ內(nèi)部操作也將在１／ｆｓ內(nèi)停止，數(shù)字輸出代碼也將被設(shè)置到正負零?直到在ｔＡＤＣＤＬＹ２延遲時間后同步發(fā)生。如果ＬＲＣＩＮ在５個或更少的位時鐘內(nèi)同步到系統(tǒng)時鐘，其操作將繼續(xù)進行。

４．４ 零標(biāo)志輸出

１６引腳ＺＦＬＧ是無窮零檢測標(biāo)志。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)在６５５３６個ＢＣＫＩＮ周期保持為零時，ＺＦＬＧ為低，否則ＺＦＬＧ為高阻態(tài)。

５　操作控制

在軟件方式中，ＰＣＭ３００２通過３線串行接口ＭＣ、ＭＤ、ＭＬ進行控制。通過設(shè)置４個１６位程序寄存器來實現(xiàn)ＰＣＭ３００２的特殊功能，程序寄存器結(jié)構(gòu)見圖４所示。

６　典型應(yīng)用

作為一個立體聲多媒體數(shù)字信號編解碼器， ＰＣＭ３００２通過語音輸入接口采樣模擬信號，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號由微處理器（如ＤＳＰ）進行處理。微處理器處理完數(shù)據(jù)后再由ＰＣＭ３００２轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，這樣用戶就可從語音輸出接口直接接聽到。

ＰＣＭ３００２的輸入和輸出端口可采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的３．５ＭＭ立體聲接口。它可廣泛用于多媒體音像設(shè)備及消費品的應(yīng)用設(shè)計。圖５為ＰＣＭ３００２的一個典型應(yīng)用電路。