探索AK5720：高性能24位音頻ADC的技術(shù)剖析

在音頻數(shù)字化的浪潮中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討旭化成（AsahiKASEI）的AK5720——一款專為數(shù)字音頻系統(tǒng)打造的低電壓24位A/D轉(zhuǎn)換器。

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一、AK5720概述

AK5720具有諸多特性，使其在音頻處理領(lǐng)域脫穎而出。它內(nèi)置輸入增益放大器，適用于麥克風(fēng)應(yīng)用，且采用單端模擬信號(hào)輸入，無需外部濾波器。其采用節(jié)省空間的16引腳TSSOP封裝，為設(shè)計(jì)帶來更多便利。

1. 基本參數(shù)

• 分辨率：高達(dá)24位，能夠提供高精度的音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 采樣頻率：支持8kHz - 96kHz，可滿足不同音頻應(yīng)用的需求。
• 音頻數(shù)據(jù)格式：采用MSB First、2’s compliment格式，支持24位MSB justified、I2S和TDM。
• 電源電壓：VA和VD范圍為2.7 - 5.5V，典型值為3V和5V。
• 工作溫度：-40 - 105°C，具備較寬的工作溫度范圍，適應(yīng)不同的工作環(huán)境。

2. 功能特性

• 增益放大器：提供0dB和+15dB兩種增益選擇，可根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整輸入信號(hào)的增益。
• 數(shù)字高通濾波器：用于消除直流偏移，截止頻率為1.0Hz（@fs = 48kHz），且隨采樣率（fs）縮放。
• 高信噪比：S/(N + D)可達(dá)94dB，DR和S/N可達(dá)102dB，能夠有效減少噪聲干擾，提供清晰的音頻信號(hào)。

二、引腳配置與功能

1. 引腳布局

AK5720采用16引腳TSSOP封裝，各引腳具有特定的功能。例如，VCOM為ADC公共電壓輸出引腳，RIN和LIN分別為右聲道和左聲道輸入引腳，VSS為接地引腳，VA和VD分別為模擬和數(shù)字電源引腳等。

2. 引腳功能

3. 未使用引腳處理

未使用的I/O引腳必須適當(dāng)連接，例如模擬輸入引腳RIN和LIN應(yīng)保持開路。

三、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓：VA和VD的范圍為 - 0.3 - 6.0V。
• 輸入電流：除電源引腳外，任何引腳的輸入電流不得超過±10mA。
• 模擬輸入電壓：LIN和RIN引腳的輸入電壓范圍為 - 0.3 - VA + 0.3V。
• 數(shù)字輸入電壓：數(shù)字輸入引腳的電壓范圍為 - 0.3 - VD + 0.3V。
• 環(huán)境溫度：工作環(huán)境溫度范圍為 - 40 - 105°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65 - 150°C。

2. 推薦工作條件

• 電源電壓：VA和VD的范圍為2.7 - 5.5V，典型值為3V或5V。

3. 模擬特性

在不同電源電壓（VA = VD = 5.0V和VA = VD = 3.0V）下，AK5720展現(xiàn)出良好的模擬性能。例如，在VA = VD = 5.0V時(shí)，增益為0dB時(shí)輸入電壓范圍為2.7 - 3.3Vpp，S/(N + D)可達(dá)94dB；增益為+15dB時(shí)，輸入電壓范圍為0.48 - 0.58Vpp，S/(N + D)可達(dá)80dB。

4. 濾波器特性

• 抽取低通濾波器（LPF）：有Sharp Roll - Off和Short Delay Sharp Roll - Off兩種模式可供選擇，不同采樣頻率（48kHz和96kHz）下的通帶和阻帶特性有所不同。
• 高通濾波器（HPF）：用于消除直流偏移，截止頻率隨采樣率縮放。

5. 直流特性

包括高電平輸入電壓、低電平輸入電壓、高電平輸出電壓、低電平輸出電壓和輸入泄漏電流等參數(shù)。

6. 開關(guān)特性

涉及主時(shí)鐘、LRCK時(shí)鐘和音頻接口的時(shí)序要求，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。例如，主時(shí)鐘頻率有256fs、384fs、512fs和768fs等多種選擇，不同頻率下的脈沖寬度要求也不同。

四、功能描述

1. 系統(tǒng)時(shí)鐘

在從模式下，需要MCLK、BICK和LRCK時(shí)鐘，且LRCK時(shí)鐘輸入必須與MCLK同步。在主模式下，必須提供主時(shí)鐘（MCLK）。不同采樣頻率對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，具體關(guān)系可參考相關(guān)表格。

2. 音頻接口格式

通過CKS引腳的外部電阻值和連接方式，以及DIF/TDMI引腳，可設(shè)置MCLK頻率、BICK頻率與fs的關(guān)系，以及主/從模式。音頻數(shù)據(jù)可采用24位MSB justified和I2S兩種格式輸出，且支持主模式和從模式。

3. 數(shù)字高通濾波器

用于消除直流偏移，截止頻率為1.0Hz（@fs = 48kHz），并隨采樣率縮放。

4. 掉電模式

將PDN引腳置為“L”可使AK5720進(jìn)入掉電模式，同時(shí)數(shù)字濾波器也會(huì)復(fù)位。掉電模式下，VCOM變?yōu)閂SS電平，退出掉電模式后，SDTO輸出數(shù)據(jù)在主模式下經(jīng)過4129個(gè)LRCK時(shí)鐘周期、在從模式下經(jīng)過4132個(gè)LRCK時(shí)鐘周期后變?yōu)橛行А?/p>

5. 系統(tǒng)復(fù)位

上電后，應(yīng)將PDN引腳置為“L”對(duì)AK5720進(jìn)行一次復(fù)位。在從模式下，在LRCK的上升沿（I2C兼容模式下為下降沿）釋放復(fù)位和掉電；在主模式下，通過MCLK輸入釋放復(fù)位和掉電。

6. TDM級(jí)聯(lián)模式

在TDM256模式下，最多可將四個(gè)設(shè)備級(jí)聯(lián)，通過連接SDTO和TDMI引腳，可從最后一個(gè)設(shè)備的SDTO引腳輸出8通道TDM數(shù)據(jù)。

五、推薦外部電路

AK5720需要注意電源和接地布置，提供了評(píng)估板（AKD5720），展示了應(yīng)用電路、最佳布局、電源安排和測量結(jié)果。所有數(shù)字輸入引腳不應(yīng)浮空。

六、總結(jié)

AK5720憑借其高精度、高信噪比、靈活的增益選擇和豐富的功能特性，成為數(shù)字音頻系統(tǒng)中一款優(yōu)秀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、設(shè)置引腳參數(shù)，并注意電源和接地等方面的設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮AK5720的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。