德州儀器DSD1796：24位音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的深度解析

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能對(duì)最終音頻質(zhì)量起著決定性作用。德州儀器（TI）的DSD1796作為一款24位、192kHz采樣的高級(jí)分段音頻立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的性能和豐富的功能，在音頻市場(chǎng)中占據(jù)了重要地位。今天，我們就來(lái)深入探討一下DSD1796的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用。

文件下載：dsd1796.pdf

一、DSD1796的特性亮點(diǎn)

1. 多格式支持

DSD1796支持DSD和PCM兩種格式，這使得它能夠適應(yīng)不同的音頻數(shù)據(jù)源，無(wú)論是傳統(tǒng)的PCM音頻文件，還是DSD格式的高音質(zhì)音頻，都能輕松處理，為音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

2. 高分辨率與出色性能

24位的分辨率確保了音頻信號(hào)的高精度轉(zhuǎn)換，能夠捕捉到音頻中的細(xì)微細(xì)節(jié)，還原出更加真實(shí)的聲音。其模擬性能也十分出色，動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)123dB，THD+N低至0.0005%，能夠有效降低噪聲和失真，為用戶帶來(lái)純凈的音頻體驗(yàn)。

3. 靈活的輸出與過(guò)濾

采用差分電流輸出，輸出電流為4mA p-p，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行外部模擬性能的優(yōu)化。同時(shí)，它配備了8倍過(guò)采樣數(shù)字濾波器，具有-98dB的阻帶衰減和±0.0002dB的通帶波紋，能夠有效過(guò)濾掉不必要的噪聲和干擾，提升音頻質(zhì)量。

4. 寬采樣頻率范圍

采樣頻率范圍為10kHz至200kHz，系統(tǒng)時(shí)鐘支持128、192、256、384、512或768 fs，并具備自動(dòng)檢測(cè)功能，能夠適應(yīng)不同的音頻處理需求，滿足多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。

5. 豐富的用戶可編程功能

通過(guò)SPI串行控制端口，用戶可以對(duì)DSD1796進(jìn)行全面的編程控制，包括數(shù)字衰減（0dB至 -120dB，0.5dB/步）、數(shù)字去加重、數(shù)字濾波器滾降（尖銳或緩慢）、軟靜音等功能，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的音頻處理。

6. 兼容性與低功耗

與DSD1792在引腳和模式控制上兼容，方便用戶進(jìn)行升級(jí)和替換。采用雙電源供電（5V模擬、3.3V數(shù)字），5V耐受數(shù)字輸入，并且采用小型28引腳SSOP封裝，節(jié)省電路板空間，降低功耗。

二、電氣特性與性能表現(xiàn)

1. 數(shù)據(jù)格式與采樣頻率

在PCM模式下，支持標(biāo)準(zhǔn)、I2S和左對(duì)齊等多種音頻數(shù)據(jù)接口格式，音頻數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度可選擇16、20或24位，采樣頻率范圍為10kHz至200kHz。在DSD模式下，音頻數(shù)據(jù)接口格式為DSD，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度為1位，采樣頻率為2.8224MHz。

2. 動(dòng)態(tài)性能

不同采樣頻率下的THD+N、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比和通道分離度等指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異。例如，在PCM模式下，fS = 44.1kHz時(shí)，THD+N為0.0005%，動(dòng)態(tài)范圍和信噪比可達(dá)123dB；在單聲道模式下，各項(xiàng)性能指標(biāo)同樣出色，能夠滿足高保真音頻的要求。

3. 模擬輸出與濾波器性能

模擬輸出的增益誤差、增益失配、雙極零誤差等指標(biāo)都在合理范圍內(nèi)，輸出電流為4mA p-p。數(shù)字濾波器具有尖銳和緩慢兩種滾降特性可供選擇，不同特性下的通帶波紋、阻帶衰減和延遲時(shí)間等參數(shù)也有所不同，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

三、系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位功能

1. 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入

DSD1796需要系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字插值濾波器和高級(jí)分段DAC調(diào)制器，系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)SCK輸入（引腳7）。它具備系統(tǒng)時(shí)鐘檢測(cè)電路，能夠自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率。為了獲得最佳性能，建議使用低相位抖動(dòng)和噪聲的時(shí)鐘源，如德州儀器的PLL1700系列多時(shí)鐘發(fā)生器。

2. 電源上電與外部復(fù)位

具備電源上電復(fù)位功能，當(dāng)VDD > 2V時(shí)，上電復(fù)位功能啟用，初始化序列需要1024個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。同時(shí)，還支持外部復(fù)位功能，通過(guò)RST輸入（引腳14），可以強(qiáng)制DSD1796初始化為默認(rèn)復(fù)位狀態(tài)，在DSD1796上電和系統(tǒng)時(shí)鐘激活存在延遲的應(yīng)用中非常有用。

四、音頻數(shù)據(jù)接口

1. 音頻串行接口

音頻接口端口是一個(gè)3線串行端口，包括PLRCK（引腳4）、PBCK（引腳6）和PDATA（引腳5）。PBCK作為串行音頻位時(shí)鐘，用于將PDATA上的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到音頻接口的串行移位寄存器中；PLRCK是串行音頻左右字時(shí)鐘。DSD1796要求PLRCK和系統(tǒng)時(shí)鐘同步，但不要求特定的相位關(guān)系。

2. PCM音頻數(shù)據(jù)格式與定時(shí)

支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的音頻數(shù)據(jù)格式，如標(biāo)準(zhǔn)右對(duì)齊、I2S和左對(duì)齊格式，數(shù)據(jù)格式通過(guò)控制寄存器18中的FMT[2:0]位進(jìn)行選擇，默認(rèn)數(shù)據(jù)格式為24位I2S。所有格式都要求二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先的音頻數(shù)據(jù)。

3. 外部數(shù)字濾波器接口與定時(shí)

支持外部數(shù)字濾波器接口，通過(guò)一個(gè)3線或4線同步串行端口，允許使用外部數(shù)字濾波器，如德州儀器的DF1704和DF1706、Pacific Microsonics的PMD200或可編程數(shù)字信號(hào)處理器。在外部DF模式下，PLRCK、PBCK和PDATA被重新定義為WDCK、BCK和DATA，通過(guò)控制寄存器20中的DFTH位選擇外部數(shù)字濾波器接口模式。

4. DSD格式接口與定時(shí)

支持DSD格式接口操作，包括使用內(nèi)部模擬FIR濾波器進(jìn)行帶外噪聲過(guò)濾。DSD格式接口由一個(gè)3線同步串行端口組成，包括DBCK（引腳3）、DSDL（引腳1）和DSDR（引腳2）。在DSD模式下，PLRCK和PBCK必須連接到GND，通過(guò)控制寄存器20中的DSD位激活DSD格式接口。

5. TDMCA接口

支持時(shí)分復(fù)用命令和音頻（TDMCA）數(shù)據(jù)格式，通過(guò)一個(gè)串行接口實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)外部設(shè)備的控制和通信。TDMCA幀由命令字段、擴(kuò)展命令字段和一些音頻數(shù)據(jù)字段組成，LRCK和BCK用于所有設(shè)備的同步，支持最多30個(gè)設(shè)備ID。

五、串行控制接口與模式控制寄存器

1. 串行控制接口

串行控制接口是一個(gè)4線同步串行端口，與串行音頻接口和系統(tǒng)時(shí)鐘異步操作，用于對(duì)片上模式寄存器進(jìn)行編程和讀取。包括MDO（引腳13）、MDI（引腳11）、MC（引腳12）和MS（引腳10），通過(guò)16位數(shù)據(jù)字進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

2. 模式控制寄存器

DSD1796包含多個(gè)用戶可編程的模式控制寄存器，通過(guò)串行控制接口進(jìn)行編程。這些寄存器可以控制數(shù)字衰減、音頻數(shù)據(jù)格式選擇、去加重、軟靜音、輸出相位反轉(zhuǎn)等功能，為用戶提供了豐富的個(gè)性化設(shè)置選項(xiàng)。

六、應(yīng)用信息

1. 典型連接圖與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

文檔中提供了典型的應(yīng)用電路連接圖，包括I/V轉(zhuǎn)換和差分放大等部分。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，需要注意噪聲和失真的影響，選擇合適的運(yùn)算放大器，如NE5534，以實(shí)現(xiàn)DSD1796的高信噪比性能。

2. 外部數(shù)字濾波器接口應(yīng)用

在某些應(yīng)用中，使用外部數(shù)字濾波器可以提供更好的阻帶衰減性能。DSD1796支持多種外部數(shù)字濾波器，通過(guò)編程控制寄存器中的DFTH位選擇外部數(shù)字濾波器應(yīng)用模式，并根據(jù)不同的模式進(jìn)行引腳分配和音頻格式設(shè)置。

3. DSD格式接口應(yīng)用

DSD模式用于直接連接DSD解碼器，常見(jiàn)于超級(jí)音頻CD（SACD）應(yīng)用中。通過(guò)設(shè)置控制寄存器中的DSD位激活DSD模式，提供低通濾波功能，可通過(guò)DMF[1:0]位選擇四種不同的FIR響應(yīng)。

4. TDMCA接口格式應(yīng)用

TDMCA接口格式簡(jiǎn)化了主機(jī)控制串行接口，可用于傳輸音頻數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)。DSD1796作為IN設(shè)備，通過(guò)LRCK和BCK信號(hào)進(jìn)行同步，支持多芯片實(shí)現(xiàn)，每個(gè)設(shè)備通過(guò)菊花鏈分配唯一的設(shè)備ID。

七、總結(jié)

DSD1796作為一款高性能的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有多格式支持、高分辨率、出色的模擬性能、豐富的用戶可編程功能等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種音頻應(yīng)用場(chǎng)景，如A/V接收器、SACD播放器、DVD播放器、HDTV接收器、汽車(chē)音頻系統(tǒng)等。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求合理選擇工作模式和配置參數(shù)，同時(shí)注意電路設(shè)計(jì)和布局，以充分發(fā)揮DSD1796的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用DSD1796或其他音頻DAC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。