高性能音頻DAC芯片AD1955：音頻世界的卓越之選

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）芯片的性能直接影響著音頻的質(zhì)量。今天，我們來(lái)深入了解一款高性能的多比特DAC芯片——AD1955，它在音頻播放系統(tǒng)中有著出色的表現(xiàn)。

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1. 產(chǎn)品概述

AD1955是一款完整的、高性能的單芯片立體聲數(shù)字音頻播放系統(tǒng)。它集成了多比特Σ - Δ調(diào)制器、高性能數(shù)字插值濾波器和連續(xù)時(shí)間差分電流輸出DAC。此外，它還具備片上無(wú)咔嗒聲立體聲衰減器和靜音功能，可通過(guò)SPI兼容的串行控制端口進(jìn)行編程。

1.1 兼容性

AD1955與所有已知的DVD音頻格式兼容，包括192kHz和96kHz采樣頻率以及24位數(shù)據(jù)。同時(shí)，它還支持“紅皮書”光盤所需的50μs/15μs數(shù)字去加重，以及32kHz和48kHz采樣率的去加重，具有良好的向后兼容性。

1.2 靈活性

其串行數(shù)據(jù)輸入端口非常靈活，可與各種ADC、DSP、SACD解碼器、外部數(shù)字濾波器、AES/EBU接收器和采樣率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行無(wú)縫連接。它可以配置為左對(duì)齊、I2S、右對(duì)齊或DSP串行端口兼容模式，支持MSB優(yōu)先、二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，在所有標(biāo)準(zhǔn)PCM模式下可處理16、18、20和24位數(shù)據(jù)。

1.3 接口功能

AD1955還具備SACD播放接口和外部數(shù)字濾波器接口，可與外部數(shù)字插值濾波器或HDCD解碼器配合使用。該芯片采用5V電源供電，采用28引腳SSOP封裝，可在 - 40°C至 + 85°C的溫度范圍內(nèi)工作。

2. 主要特性

2.1 電源與數(shù)據(jù)支持

• 電源：采用5V電源供電，為芯片提供穩(wěn)定的工作電壓。
• 數(shù)據(jù)接收：可接受16/18/20/24位數(shù)據(jù)，支持24位、192kHz采樣率的PCM音頻數(shù)據(jù)，同時(shí)支持SACD位流和外部數(shù)字濾波器接口。
• 采樣率范圍：支持廣泛的PCM采樣率，包括32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz。

2.2 調(diào)制器與輸出特性

• 調(diào)制器：采用多比特Sigma - Delta調(diào)制器，具有“完美差分線性恢復(fù)”功能，可降低空閑音調(diào)和平底噪聲。
• 輸出：差分電流輸出，可實(shí)現(xiàn)最佳性能，差分輸出為8.64mA p - p。

2.3 音頻性能指標(biāo)

• 信噪比（SNR）和動(dòng)態(tài)范圍（DNR）：在48kHz采樣率（A加權(quán)立體聲）下，SNR/DNR可達(dá)120dB（非靜音），單聲道可達(dá)123dB。
• 總諧波失真 + 噪聲（THD + N）：為 - 110dB。
• 濾波器特性：具有8倍過(guò)采樣數(shù)字濾波器，阻帶衰減為110dB，通帶紋波為0.0002dB。

2.4 其他特性

• 音量控制：片上無(wú)咔嗒聲音量控制，可實(shí)現(xiàn)平滑的音量調(diào)節(jié)。
• SACD功能：支持SACD靜音模式檢測(cè)，支持64 (f{S} / 128 f{S}) DSD SACD的相位模式。
• 數(shù)字去加重：支持32kHz、44.1kHz和48kHz采樣率的數(shù)字去加重。
• 控制方式：支持硬件和軟件可控的無(wú)咔嗒聲靜音，通過(guò)串行（SPI）控制可設(shè)置串行模式、位數(shù)、采樣率、音量、靜音、去加重和單聲道模式。

3. 技術(shù)參數(shù)

3.1 測(cè)試條件

• 參考電流（IREF）為0.960mA。
• 輸入時(shí)鐘為12.288MHz。
• 輸入采樣率為48kHz。
• 測(cè)量帶寬為20Hz至20kHz。
• 負(fù)載電容為100pF。
• 輸入電壓低電平為0.8V。

3.2 模擬性能

3.3 數(shù)字I/O

3.4 溫度與電源

• 溫度范圍：規(guī)格保證溫度為25°C，功能保證溫度為 - 40°C至 + 85°C，存儲(chǔ)溫度為 - 55°C至 + 125°C。
• 電源：數(shù)字電源電壓為4.50V至5.50V，模擬電源電壓為4.50V至5.50V。模擬電流為20mA，數(shù)字電流為22mA。電源抑制比在20kHz和1kHz時(shí)分別為 - 77dB和 - 72dB。

3.5 數(shù)字濾波器特性

4. 引腳配置與功能

4.1 引腳配置

AD1955采用28引腳SSOP封裝，各引腳功能明確，如DVDD為數(shù)字電源，DGND為數(shù)字地，LRCLK/EF_WCLK為左/右時(shí)鐘輸入等。

4.2 引腳功能描述

• 電源引腳：DVDD和AVDD分別為數(shù)字和模擬電源，AGND和DGND為模擬和數(shù)字地。
• 時(shí)鐘與數(shù)據(jù)引腳：LRCLK/EF_WCLK、BCLK/EF_BCLK、MCLK等為時(shí)鐘輸入引腳，SDATA/EF_LDATA、EF_RDATA、DSD_LDATA、DSD_RDATA等為數(shù)據(jù)輸入引腳。
• 輸出引腳：IOUTR +、IOUTR -、IOUTL +、IOUTL - 為模擬輸出引腳，ZEROR和ZEROL為零標(biāo)志輸出引腳。
• 控制引腳：MUTE、PD/RST、CDATA、CLATCH、CCLK等為控制引腳，用于實(shí)現(xiàn)靜音、復(fù)位、串行控制等功能。

5. 典型性能特性

文檔中給出了多個(gè)典型性能特性圖，包括不同采樣率下的通帶響應(yīng)、完整響應(yīng)、FFT圖等，直觀地展示了AD1955在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。例如，在48kHz采樣率下的通帶響應(yīng)圖顯示了芯片在該采樣率下的頻率響應(yīng)特性，有助于工程師了解芯片在特定頻率范圍內(nèi)的性能。

6. 操作特性

6.1 串行數(shù)據(jù)輸入端口

• PCM模式：支持標(biāo)準(zhǔn)PCM音頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式和字長(zhǎng)可通過(guò)SPI控制寄存器設(shè)置。在不同的數(shù)據(jù)格式中，數(shù)據(jù)的傳輸和處理方式有所不同。例如，在左對(duì)齊模式下，LRCLK為高時(shí)表示左聲道，數(shù)據(jù)在BCLK的上升沿有效；在I2S模式下，LRCLK為低時(shí)表示左聲道，MSB有一個(gè)BCLK周期的延遲。
• 外部數(shù)字濾波器模式：可接受來(lái)自外部數(shù)字濾波器、HDCD解碼器或通用DSP的24位串行、二進(jìn)制補(bǔ)碼、MSB優(yōu)先數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在EF_BCLK的上升沿有效，模式可設(shè)置為左對(duì)齊或右對(duì)齊。
• SACD模式：支持正常模式和相位調(diào)制模式，通過(guò)Control Register 1的Bit 6進(jìn)行選擇。在正常模式下，DSD數(shù)據(jù)以64 (f_{S}) 的速率通過(guò)DSD_SCLK的上升沿時(shí)鐘輸入；在相位調(diào)制模式下，DSDPHASE引腳也用于與DSD解碼器接口，DSD數(shù)據(jù)以128 (f{S}) 的DSD_SCLK時(shí)鐘輸入。

6.2 主時(shí)鐘

AD1955必須通過(guò)Control Registers 0和1設(shè)置適當(dāng)?shù)牟蓸勇屎椭鲿r(shí)鐘率。不同的插值模式對(duì)應(yīng)不同的允許主時(shí)鐘頻率，在SACD模式下，可接受256 (f{S})、512 (f{S}) 或768 (f_{S}) 的主時(shí)鐘。

6.3 零檢測(cè)

在PCM模式下，當(dāng)音頻輸入數(shù)據(jù)在1024個(gè)LRCLK周期內(nèi)連續(xù)為零時(shí)，ZEROL或ZEROR引腳將被置為有效；在8 (f_{S}) 外部數(shù)字濾波器模式下，該周期為8192個(gè)LRCLK。在SACD模式下，若輸入位流顯示靜音模式約22ms，ZEROL或ZEROR引腳也將被置為有效。

6.4 復(fù)位/電源關(guān)斷

當(dāng)PD/RST引腳置低時(shí)，AD1955將被復(fù)位；可使用Control Register 0的Bit 15進(jìn)行電源關(guān)斷操作。

6.5 音頻輸出

建議使用有源I/V轉(zhuǎn)換器，以保持DAC輸出電壓恒定。為獲得最佳的THD + N性能，I/V轉(zhuǎn)換器應(yīng)使用2.80V的參考電壓。若使用FILTR引腳的電壓，可通過(guò)降低IREF來(lái)提高高溫下的THD + N性能，但會(huì)導(dǎo)致增益和DNR/SNR下降。

6.6 串行控制端口

AD1955具有SPI兼容的控制端口，用于對(duì)內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行編程。該端口為3線串行端口，輸入數(shù)據(jù)字為16位寬，串行位時(shí)鐘可與DAC的采樣率完全異步。

7. 應(yīng)用領(lǐng)域

AD1955適用于多種音頻應(yīng)用領(lǐng)域，包括高端DVD音頻、SACD、CD、家庭影院系統(tǒng)、汽車音頻系統(tǒng)、采樣音樂(lè)鍵盤、數(shù)字混音控制臺(tái)和數(shù)字音頻效果處理器等。其高性能和靈活性使其能夠滿足不同音頻設(shè)備的需求。

8. 總結(jié)

AD1955作為一款高性能的多比特DAC芯片，在音頻播放系統(tǒng)中具有出色的性能和豐富的功能。它的兼容性、靈活性和高性能指標(biāo)使其成為音頻設(shè)備設(shè)計(jì)的理想選擇。工程師在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)具體需求合理利用AD1955的特性，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻播放效果。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過(guò)類似芯片的使用問(wèn)題？你對(duì)AD1955在特定應(yīng)用場(chǎng)景中的表現(xiàn)有什么疑問(wèn)嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。