深入解析LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器
深入解析LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器
在當今數(shù)字化音頻飛速發(fā)展的時代，數(shù)字音頻接口接收器扮演著至關重要的角色。今天我們要詳細探討的是ON Semiconductor推出的LC89091JA數(shù)字音頻接口接收器，它在音頻處理領域有著獨特的優(yōu)勢和廣泛的應用。
文件下載：LC89091JA-H.pdf
一、產品概述
LC89091JA是一款功能強大的數(shù)字音頻接口接收器，它能夠依據(jù)IEC60958、IEC61937和JEITA CPR - 1205標準，對數(shù)字音頻設備間的數(shù)據(jù)傳輸格式信號進行解調處理。其支持的解調采樣頻率最高可達192kHz，這使得它可以適應多種系統(tǒng)，如AV接收器、數(shù)字電視和DVD刻錄機等。
二、產品特點
- 信號解調：嚴格按照IEC60958、IEC61937和JEITA CPR - 1205標準對S/PDIF信號進行解調處理，確保信號的準確性和兼容性。
- 時鐘輸出：能夠輸出三種不同頻率的主時鐘，分別為512fs、256fs和128fs，并且具備輸出頻率自動調整功能，可根據(jù)實際需求靈活調整。
- 音頻數(shù)據(jù)接口：采用24位I2S數(shù)據(jù)輸出接口，數(shù)據(jù)傳輸采用MSB first left justified格式，保證音頻數(shù)據(jù)的高效傳輸。
- 微控制器接口：配備I2C微控制器接口，具有地址自動遞增功能，方便與其他設備進行通信和控制。
- 電源管理：內置上電復位電路，可在電源開啟時自動進行復位操作，確保設備的穩(wěn)定啟動。
- 電源電壓：工作電源電壓范圍為3.0 - 3.6V，適應多種電源環(huán)境。
- 封裝形式：采用SSOP16封裝，不僅無鉛無鹵，符合環(huán)保要求，而且體積小巧，便于集成。
- 工作溫度：工作溫度范圍為 - 30°C至70°C，能適應較為惡劣的工作環(huán)境。
三、產品應用
LC89091JA的應用場景十分廣泛，主要集中在消費音頻和數(shù)字音頻接口領域。具體的終端產品包括AV接收器、家庭影院套裝、迷你組合音響、條形音箱和耳機放大器等。這些產品對音頻質量和信號處理要求較高，而LC89091JA正好能夠滿足這些需求。
四、產品規(guī)格
1. 封裝尺寸
采用SSOP16 (225mil)封裝，具體尺寸為5.65mm（MAX）×5.2±0.1mm，詳細的尺寸信息可參考產品文檔中的相關圖表。需要注意的是，這些測量值僅供參考，不做保證。
2. 引腳分配
| 引腳編號 | 引腳名稱 | 輸入/輸出 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | SCL | I | 微控制器接口I2C的時鐘輸入引腳 |
| 2 | SDA | I/O | 微控制器接口I2C的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 |
| 3 | ERR | O | PLL鎖相環(huán)鎖定錯誤和數(shù)據(jù)錯誤標志輸出引腳，初始輸出；同時也是輸出數(shù)據(jù)靜音信號輸出引腳 |
| 4 | GPO | O | 通道狀態(tài)位 - 1（PCM或非PCM標志）輸出引腳，初始輸出；也可作為輸入S/PDIF（RXIN或MPIO）的直通輸出引腳；還可作為通用輸出引腳 |
| 5 | RXIN | I | 3.3V容差TTL兼容的S/PDIF輸入引腳 |
| 6 | MPIO | I/O | 通道狀態(tài)強調標志輸出引腳，初始輸出；也可作為3.3V容差TTL兼容的S/PDIF輸入引腳 |
| 7 | LPF | O | PLL鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器連接輸出引腳 |
| 8 | GND | - | 數(shù)字地 |
| 9 | MCKO | O | 主時鐘輸出引腳，可輸出512fs、256fs和128fs的時鐘信號 |
| 10 | BCKO | O | 位時鐘輸出引腳，輸出頻率為64fs |
| 11 | LRCKO | O | 左右聲道時鐘輸出引腳，輸出頻率為fs |
| 12 | DATAO | O | 串行音頻數(shù)據(jù)輸出引腳，采用I2S格式且左對齊 |
| 13 | XIN | I | 晶體諧振器連接或外部時鐘輸入引腳，輸入頻率為24.576MHz |
| 14 | XOUT | O | 晶體諧振器連接輸出引腳 |
| 15 | SDIN | I | 串行音頻數(shù)據(jù)輸入引腳 |
| 16 | VDD | - | 數(shù)字電源，電壓為3.3V |
3. 電氣特性
絕對最大額定值
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 額定值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 最大電源電壓 | VDD max | - | - 0.3至4.6 | V |
| 輸入電壓 | VIN | - | - 0.3至VDD max + 0.3（最大4.6Vp - p） | V |
| 輸出電壓 | VOUT | - | - 0.3至VDD max + 0.3（最大4.6Vp - p） | V |
| 存儲環(huán)境溫度 | Tstg | - | - 55至125 | °C |
| 工作環(huán)境溫度 | Topr | - | - 30至70 | °C |
| 最大輸入/輸出電流 | IIN, IOUT | - | ±20 | mA |
允許工作范圍
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 電源電壓 | VDD | - | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V |
| 輸入電壓范圍 | VIN | - | 0 | - | 3.6 | V |
| 輸出負載電容（MCKO引腳） | CL1 | - | - | - | 20 | pF |
| 輸出負載電容（除MCKO引腳外） | CL2 | - | - | - | 30 | pF |
| 工作溫度 | Vopr | - | - 30 | 25 | 70 | °C |
DC特性
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 輸入高電平 | VIH | CMOS兼容：XIN引腳（外部時鐘輸入時） | 0.7VDD | - | V |
| 輸入低電平 | VIL | - | 0.2VDD | - | V |
| 輸入高電平 | VIH | TTL兼容：SCL、SDA、RXIN、MPIO和SDIN引腳 | 2.0 | - | V |
| 輸入低電平 | VIL | - | - | 0.8 | V |
| 輸出高電平 | VOH | IOH = - 4mA，IOL = 4mA：ERR、MCKO、BCKO、LRCKO、DATAO和XOUT輸出引腳；IOH = - 2mA，IOL = 2mA：SDA和MPIO輸出引腳 | VDD - 0.8 | - | V |
| 輸出低電平 | VOL | - | - | 0.4 | V |
| VDD電源電流 | IDD1 | 輸入fs：96kHz，MCKO：512fs輸出狀態(tài) | - | 20 | mA |
| VDD電源電流 | IDD2 | “PDMODE = 1” | - | 2 | μA |
AC特性
| 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VDD上升斜率 | tVDD | - | - | 100 | ms |
| RXIN和MPIO輸入接收頻率 | fRFS | 28 | - | 195 | kHz |
| RXIN和MPIO輸入占空比 | fRXDUY | 40 | 50 | 60 | % |
| XIN時鐘輸入頻率 | fXF | - | 24.576 | - | MHz |
| MCKO時鐘輸出頻率 | fMCK | 4 | - | 50 | MHz |
| MCKO時鐘輸出占空比 | fXMCKDUY | 40 | - | 60 | % |
| MCKO - BCKO輸出延遲 | tMBO | - 10 | - | 10 | ns |
| BCKO - LRCKO輸出延遲 | tBLO | - 10 | - | 10 | ns |
| BCKO - DATAO輸出延遲 | tBDO | - 10 | - | 10 | ns |
| LRCKO - DATAO輸出延遲 | tLDO | - 10 | - | 10 | ns |
I2C微控制器接口AC特性
| 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| RSTB輸入脈沖寬度（L） | tRSTdw | - | 400 | kHz |
| SCL輸入頻率 | fSCL | 600 | - | ns |
| SCL輸入脈沖寬度（L） | tSCLdw | 1300 | - | ns |
| SCL輸入脈沖寬度（H） | tSCLuw | 600 | - | ns |
| 起始（重復）建立時間 | tCSBuw | 600 | - | ns |
| SDA保持時間 | tSDAhold | 0 | 900 | ns |
| SDA建立時間 | tSDAsetup | 100 | - | ns |
| SCL - SDA上升時間 | tSCLSDArd | 20 + 0.1Cb | 300 | ns |
| SCL - SDA下降時間 | tSCLSDAfd | 20 + 0.1Cb | 300 | ns |
| 停止建立時間 | tSTOPsetup | 600 | - | ns |
| 總線開放時間 | tBUSopen | 1300 | - | ns |
| 尖峰脈沖寬度 | tSPKpw | 0 | 50 | ns |
五、系統(tǒng)設置
1. 上電復位
LC89091JA內置上電復位電路，能夠持續(xù)監(jiān)測電源狀態(tài)。上電復位后，各輸出端口會處于特定的狀態(tài)，如ERR引腳輸出高電平，GPO引腳輸出低電平（非PCM標志）等。
2. 寄存器復位和掉電模式
SYSRST寄存器可對除寄存器外的電路進行復位操作，在復位期間，寄存器設置狀態(tài)保持不變且可進行更改。當系統(tǒng)通過SYSRST寄存器復位時，振蕩放大器仍會工作，時鐘信號會輸出到MCKO、BCKO和LRCKO引腳，但DATAO引腳會輸出低電平。PDMODE寄存器可將系統(tǒng)設置為掉電模式，在此模式下，寄存器設置狀態(tài)保持不變且可更改，除上電復位和微控制器接口外的電路將停止工作，時鐘信號也不會輸出。
3. 振蕩放大器引腳設置
LC89091JA內置振蕩放大器，可通過連接石英諧振器、反饋電阻和負載電容到XIN和XOUT引腳來構成振蕩電路。使用石英諧振器時，需選擇基波類型，并根據(jù)其特性選擇合適的負載電容。若不使用內置振蕩放大器，可將外部時鐘源的輸出連接到XIN引腳，此時無需在XIN和XOUT之間連接反饋電阻。無論何種情況，都需始終向XIN引腳提供24.576MHz的時鐘信號。
4. 環(huán)路濾波器引腳設置
LC89091JA內置VCO（電壓控制振蕩器），可與32kHz至192kHz的采樣頻率以及4MHz至25MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率同步。PLL鎖相環(huán)在512fs時鎖定，LPF引腳用于連接PLL環(huán)路濾波器，需盡可能靠近引腳連接電阻和電容。
5. 時鐘設置
主時鐘選擇
主時鐘源有兩種選擇：PLL源（512fs）和XIN源（24.576MHz）。
PLL源主時鐘
PLL可與輸入的S/PDIF信號同步，并輸出512fs的時鐘信號。PLL時鐘由PLLACC、PLLDIV[1:0]和PRSEL[1:0]寄存器控制。當“PLLACC = 0”時，根據(jù)輸入采樣頻率的不同，輸出不同頻率的時鐘信號；當“PLLACC = 1”時，時鐘頻率始終按恒定倍數(shù)輸出。
XIN源主時鐘
XIN引腳需始終提供24.576MHz的時鐘信號，用于PLL解鎖時的時鐘源、PLL鎖定支持以及S/PDIF輸入數(shù)據(jù)采樣頻率的計算。通常情況下，振蕩放大器在PLL鎖定時會自動停止工作，但可通過AMPOPR寄存器設置為始終工作。為將系統(tǒng)時鐘固定為XIN時鐘，可通過ADMODE寄存器將PLL設置為解鎖狀態(tài)，輸出時鐘頻率可通過XOUTCK寄存器設置。
輸出時鐘切換
時鐘源會根據(jù)PLL的鎖定或解鎖狀態(tài)自動在PLL時鐘和XIN時鐘之間切換，輸出時鐘在PLL狀態(tài)改變2.7ms后切換。
數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采樣頻率計算
輸入數(shù)據(jù)采樣頻率通過XIN時鐘進行計算。在“AMPOPR = 0”模式下，輸入數(shù)據(jù)采樣頻率在ERR錯誤期間計算，并在振蕩放大器停止時保持該值，直到PLL解鎖；在“AMPOPR = 1”模式下，計算會持續(xù)進行。計算結果可通過微控制器接口讀取。
6. 數(shù)據(jù)設置
S/PDIF輸入接收范圍
輸入數(shù)據(jù)的接收范圍為32kHz至192kHz。
S/PDIF輸入/輸出引腳
提供兩個數(shù)字輸入引腳（RXIN和MPIO）和一個直通輸出引腳（GPO）。RXIN和MPIO為3.3V容差TTL輸入電平引腳，使用MPIO作為S/PDIF輸入時需設置MPSEL寄存器，解調數(shù)據(jù)可通過DINSEL寄存器選擇。GPO引腳可輸出S/PDIF直通數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)可通過GPOSEL[1:0]和THRSEL寄存器選擇。
輸出數(shù)據(jù)格式
DATAO輸出數(shù)據(jù)格式可通過DAFORM寄存器設置，初始格式為I2S，數(shù)據(jù)與BCKIN下降沿同步輸出。
串行音頻數(shù)據(jù)輸入格式
SDIN為串行數(shù)據(jù)輸入引腳，輸入的串行音頻數(shù)據(jù)格式需與解調數(shù)據(jù)輸出格式一致，且需與BCKO和LRCKO時鐘同步。SDIN輸入數(shù)據(jù)可直通輸出到DATAO引腳，通常在PLL解鎖時輸出，也可通過ADMODE寄存器設置為無論PLL狀態(tài)如何都輸出。不使用SDIN引腳時，需將其連接到GND。
輸出數(shù)據(jù)切換
DATAO在PLL鎖定時輸出解調數(shù)據(jù)，解鎖時輸出SDIN輸入數(shù)據(jù)，輸出會根據(jù)PLL狀態(tài)自動切換。切換時會經過一個靜音期，靜音期時長可通過ERRWT和DATWT寄存器調整，也可通過DATMUT寄存器強制靜音，NPMODE寄存器可在接收到非PCM數(shù)據(jù)時使DATAO輸出靜音。
7. 錯誤輸出處理
ERR輸出可通過ERRSEL寄存器選擇兩種輸出模式：
鎖定錯誤和數(shù)據(jù)錯誤輸出（“ERRSEL = 0”）
當PLL鎖定錯誤或數(shù)據(jù)錯誤發(fā)生時，ERR引腳輸出錯誤標志，該標志與LRCKO同步輸出，可通過微控制器接口讀取。PLL鎖定錯誤可能由輸入數(shù)據(jù)的雙相調制規(guī)律丟失或無法檢測到前導碼B、M和W引起；輸入數(shù)據(jù)奇偶校驗錯誤會導致ERR輸出高電平，輸出數(shù)據(jù)會替換為前一幀的數(shù)據(jù)，但接收到非PCM數(shù)據(jù)時不替換；其他錯誤檢測到數(shù)據(jù)差異時，ERR會立即輸出高電平，并將時鐘源切換到XIN重新開始處理。
DATAO數(shù)據(jù)靜音信號輸出（“ERRSEL = 1”）
此模式輸出DATAO引腳輸出的音頻數(shù)據(jù)狀態(tài)，接收非PCM音頻數(shù)據(jù)時的靜音處理設置也會反映在該輸出中。
8. 通用輸出（GPO）
GPO輸出可通過GPOSEL[1:0]寄存器選擇三種輸出模式：
通道狀態(tài)位1輸出（“GPOSEL[1:0] = 00”）
初始模式下，輸出通道狀態(tài)的位1，用于指示輸入雙相數(shù)據(jù)是否為PCM音頻數(shù)據(jù)。
S/PDIF直通輸出（“GPOSEL[1:0] = 01”）
輸出由S/PDIF輸入選擇器（DINSEL寄存器）選擇的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)通過THRSEL寄存器選擇。
微控制器寄存器輸出（“GPOSEL[1:0] = 10或11”）
此模式輸出由微控制器接口設置的串行數(shù)據(jù)，可作為外圍電路的控制信號。
9. 多功能輸入/輸出（MPIO）
MPIO可通過MPSEL寄存器選擇輸入或輸出模式。設置為輸出時需連接上拉電阻，不使用時應處于開路狀態(tài)，且在輸出設置為空載時，不要通過DINSEL或THRSEL寄存器選擇MPIO。
預加重標志輸出（“MPSEL = 0”）
初始模式下，輸出通道狀態(tài)的預加重標志，未檢測到加重信號時MPIO為高阻輸出，需連接上拉電阻。
S/PDIF數(shù)據(jù)輸入（“MPSEL = 1”）
MPIO可作為S/PDIF輸入端子，但上電后MPIO初始為輸出狀態(tài)，在輸入所有S/PDIF信號前，需通過MPSEL寄存器將其設置為輸入狀態(tài)。
六、微控制器接口
LC89091JA通過I2C（快速模式，400kHz）進行控制，以下是相關設置和操作：
1. 終端設置
SCL和SDA引腳需連接上
-
音頻處理
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