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[導(dǎo)讀]1 概述PCM1718是B-B公司繼24bit/192kHz正弦量方式DAC解碼芯片PCM1704和SACD的DSD解碼芯片PCM1700之后,最新開發(fā)的又一片應(yīng)用于高檔音響設(shè)備的雙功能解碼芯片。該芯片既可對DVD-Audio的24bit/192kHz的PCM編碼數(shù)字音頻

1 概述

PCM1718是B-B公司繼24bit/192kHz正弦量方式DAC解碼芯片PCM1704和SACD的DSD解碼芯片PCM1700之后,最新開發(fā)的又一片應(yīng)用于高檔音響設(shè)備的雙功能解碼芯片。該芯片既可對DVD-Audio的24bit/192kHz的PCM編碼數(shù)字音頻信號進(jìn)行解碼,又可以對SACD的64fs/1bit的DSD編碼數(shù)字音頻進(jìn)行解碼,而且性能良好。因此,它是目前開發(fā)高檔音頻播放機(jī)或進(jìn)行音響數(shù)模變換的理想器件。

2 PCM1738的特點(diǎn)和性能

圖1所示是PCM1738的結(jié)構(gòu)功能框圖,其各引腳的功能說明如表1所列。PCM1738的主要特點(diǎn)如下:

●上有24bit分辨率;

●取要頻率達(dá)10~192kHz;

●具有多種接口格式功能,其中16/20/24bit為后接格式,16/20/24bit I2S,24bit為前接格式;

●系統(tǒng)時鐘有128/192/256/384/512/768fs多種選擇,其中fs的范圍為32kHz~192kHz;

●模擬輸出差動電流為±2.5mA(Iout端輸出);

●內(nèi)含8倍超取樣數(shù)字濾波器,可選擇快慢兩種斜降,并且無域外噪聲上升現(xiàn)象;

●具有數(shù)字音量衰減、軟靜噪、零檢出門閂和去加重等功能;

●具備DSD模式,并具有四種濾波模式可供選擇;

●具備DF旁路模式,可隔離PCM1738內(nèi)部的數(shù)字濾波器,從而使輸入信號可以和更高檔的外部數(shù)字濾波器進(jìn)行連接;

●采用模擬5V和數(shù)字3.3V的電源;

●采用28腳SSOP封裝形式。

表1 PCM1738管腳功能表

管腳編號 名  稱 I/O 功      能
1 RST I 復(fù)位輸入
2 ZEROL O L聲道0標(biāo)識
3 ZEROR O R聲道0標(biāo)識
4 LRCK I DFTH模式時為WDCK時鐘輸入;DSD模式時接地
5 DATA I L聲道音頻數(shù)據(jù)輸入
6 BCKI I DFTH模式時為位時鐘輸入;DSD模式時接地
7 SCKI I DFTH模式時為系統(tǒng)時鐘輸入;DSD模式時為接地
8 DGND - 數(shù)字地
9 VDD - 數(shù)字電源(+3.3V)
10 SCKO O 系統(tǒng)時鐘輸出
11 MDO O 功能控制寄存器串?dāng)?shù)據(jù)輸出
12 MDI I 功能控制寄存器串行數(shù)據(jù)輸入
13 MC I 功能控制寄存器移位時鐘
14 SC I 功能控制寄存器鎖存使能端
15 MUTE I DFTH模式時為靜音;DSD模式時為R聲道音頻數(shù)據(jù)輸入
16 IoutR- O 右聲道負(fù)電流輸出
17 IoutR+ O 右聲道正電流輸出
18 AGND1   模擬地線1
19 VCOM1 - 內(nèi)部偏置去耦端
20 VCOM2 - I/V公共電壓
21 Iref - 輸出電流基準(zhǔn)偏置端,接16kΩ電阻到地
22 VCOM3 - I/V公共電壓
23 Vcc1 - 模擬電壓+5.5V
24 Vcc2 - 模擬電壓+5.5V
25 IoutL+ O 左聲道正電流輸出
26 IoutL- O 左聲道負(fù)電流輸出
27 AGND2 - 模擬地線2
28 Vcc3   模擬電壓+5.5V

 

3 PCM1738的高級段工作原理

PCM1738的高級段(Advance Segment)DAC和電流段DAC是B-B公司專門為PCM1738新開發(fā)后種新穎的數(shù)模變換方法。由于24bit分辨精度高達(dá)1/1677216=0.00000006,因此,元件精度和電路結(jié)構(gòu)都制約最終的實(shí)際精度。在現(xiàn)有集成電路制作的工藝水平條件下,開發(fā)新型電路是一種能較快提高水準(zhǔn)的捷徑。

 

PCM1738高級段DAC的總體原理如圖2所示。其高級段的DAC方式主要由反相被償失調(diào)雙極型ICOB解碼部分、5電平三階Δ-∑調(diào)制、高級段數(shù)據(jù)加權(quán)平均DWA和67個電平差動電流段構(gòu)成。當(dāng)經(jīng)過格式變化后的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)字濾波器后,它首先通過八倍超取樣變換成為24bit/8fs數(shù)據(jù),然后再將其分割成上位和下位兩段。其中上位段為除去最高位MSB的6bit數(shù)據(jù),而下位段則是MSB和后17bit組成的一共18個bit的數(shù)據(jù)。運(yùn)行時,將上位6bit輸入ICOB解碼部分,而將下位18bit數(shù)據(jù)則輸入5電平三階Δ-∑調(diào)制器。這樣利用上位6bit即可調(diào)制出64個臺階的粗波形(m=2的6次方=64),而下位18bit即是數(shù)據(jù)中的6位所不含的殘留量。

解碼器ICOB(Inverted Complementary Offset Binary)稱反相補(bǔ)償失調(diào)二進(jìn)制,它把不含MSB的6bit數(shù)據(jù)變換成64電平數(shù)據(jù),然后再分割成適合于電流段工作的63電平工作碼輸出。

5電平三階Δ-∑調(diào)制器的等效電路見圖3所示,在對輸入幅度較大的信號進(jìn)行調(diào)制時,每個取樣點(diǎn)在振幅方向上的移動設(shè)定在1個電平之內(nèi)。這樣支使振幅對時間軸的誤差(主時鐘引起)相對小一些。

63電平的ICOB數(shù)字輸出和5電平三階Δ-∑調(diào)制器輸出的電平量均為1,在求和電路中可以直接相加成為67電平的ICOB碼,然后再加上Δ-∑調(diào)制信號傳送下去,最后進(jìn)行數(shù)碼變換操作。

數(shù)碼變換的操作分為兩步,分別為高級DWA和電流段DAC。高級DWA(Advance Data Weighted Averaging)可用來產(chǎn)生數(shù)模變換之后的電流段中需要的最合適的工作時鐘。為了最大限度地抑制模擬誤差,PCM1738用獨(dú)立的定時控制和一階噪聲整形操作相組合來實(shí)現(xiàn)高精度的低抖動(jitter)。

電流段(Segment)DAC由對模擬量相同加權(quán)的平衡差動電流部分和對此電流段進(jìn)行開/關(guān)控制的電流開關(guān)構(gòu)成。它是從數(shù)字信號變換到模擬信號的DAC的心臟。圖4是電流段的簡化等效電路。它共有75對差動電流源,可用來自高級DWA的67種電平按輸入量和控制時鐘來對其進(jìn)行控制以完成變換工作。由于這75對電流源處理67種電平有足夠的余量,因而各個電流源都能工作在最佳狀態(tài),而不會出現(xiàn)無聲音調(diào)或特大振幅時的失配誤差。

PCM1738除了可以對DVD-Audio的24bit/192kHz PCM編碼進(jìn)行數(shù)模變換外,還具有對SACD的DSD直接數(shù)據(jù)流進(jìn)行數(shù)模變換的能力。

 

圖4的電流源結(jié)構(gòu)也可以用于64fs/1bit的DSD信號的數(shù)碼變換,如果將其作為模擬FIR濾波器使用,基功能相當(dāng)于圖5所示的FIR濾波器。其中延遲單元D和各種電流段的數(shù)值即為各節(jié)之權(quán)重,此時各電流源采用差動方式工作,以便獲得高品質(zhì)的DSD/模擬變換。

4 PCM1738的應(yīng)用電路

圖6是PCM1738的應(yīng)用電路。其中音頻數(shù)據(jù)接入、工作時鐘、控制用串行數(shù)據(jù)接口等部分在圖中已經(jīng)略去,模擬輸出部分公司評估板的實(shí)際電路。PCM1738中D/A變換器的模擬輸出為平衡差動電流,其滿幅度(0dB)時為±2.5mA,峰峰值為5mA。所以使用時必須外加電流/電壓(I/V)變換電路,而且同時需要進(jìn)行雙端/單端變換。當(dāng)I0端子處于滿幅度時,其輸出Iout為±2.5mA,圖中的反饋電阻R11,R12,R21,R22均為620Ω,這樣,I/V變換出的電壓V0將為±(2.5Rf)mA。另外,由于后段部分帶濾波作用的雙端/單端變換輸出的增益為1,所以實(shí)際輸出電壓變?yōu)閮奢斎胄盘栔睢<矗?/p>

Vout=Vo-(-Vo)=2Vo,

這樣可得出輸出峰-峰值Vp-p應(yīng)為2.192Vrms。

頻率響應(yīng)由與反饋電阻并聯(lián)的電容決定,按照DVD-Audio和SACD標(biāo)準(zhǔn),其信號的帶域要求應(yīng)達(dá)到100kHz。但實(shí)際上仍可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整,本電路中的電容電阻值所決定的最終帶寬為70kHz。

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