16/20位立体声音频编解码器PCM3002

    摘要：PCM3002是TI公司推出的16/20位立体声音频编解码芯片。文中简要分析了该芯片的性能特点和工作原理，给出了PCM3002的典型应用电路。

    关键词：PCM3002；立体声；编解码器

１ 概述

ＰＣＭ３００２是低功耗单片立体声音频编解码器，具有单极性模拟电压输入输出。ＡＤＣ和ＤＡＣ能进行６４倍过采样的Δ－Σ调制。ＡＤＣ包括一个数字抽选过滤器，ＤＡＣ包括一个８倍过采样插值滤波器。ＤＡＣ还有数字衰减、去加重、无穷零检测、软件静音等功能。它以左、右对齐格式进行操作，并支持ＩＩＳ 数据格式。ＰＣＭ３００２具有掉电模式，可分别独立地运行于ＡＤＣ和ＤＡＣ上。ＰＣＭ３００２的编程函数由软件控制。在工程应用中，该芯片可以作为数字信号处理器（ＤＳＰ）的音频模拟输入和输出，具有结构简单、便于软件操控、节省布板空间等优点。ＰＣＭ３００２的主要特性如下：

●单片２０位Δ－Σ ＡＤＣ和ＤＡＣ；

●１６／２０位数据输入／输出；

●立体声ＡＤＣ：单极性电压输入；６４倍过采样；ＴＨＤ＋Ｎ（总谐波失真＋噪声）：－８６ｄＢ；ＳＮＲ： ９０ｄＢ；动态范围：９０ｄＢ；

    ●立体声ＤＡＣ：单极性电压输出；模拟低通滤波器；６４倍过采样；ＴＨＤ＋Ｎ：－８６ｄＢ；ＳＮＲ：９４ｄＢ；动态范围：９４ｄＢ；

●特殊性能：数字去加重；２５６级数字衰减；软件静音；数字回送；掉电：ＡＤＣ／ＤＡＣ独立；

●采样率：高达４８ｋＨｚ；

●系统时钟：２５６ｆｓ、３８４ｆｓ、５１２ｆｓ；

●单电源＋３Ｖ供电。

２ 内部结构及引脚功能

图１给出了ＰＣＭ３００２的功能简图。采集到的模拟音频信号经过模拟前端后，送入Δ－Σ调制器和数字抽选过滤器，再经调制过滤后以数字形式输出。而输入的数字音频信号经过数字插值滤波器和多级Δ－Σ调制器，然后再经低通滤波并以模拟形式输出给外部设备。

ＰＣＭ３００２采用ＳＳＯＰ－２４封装，其引脚排列如图２所示。

３ ＰＣＭ音频接口

ＰＣＭ３００２的４线数字音频接口包括：ＬＲＣＩＮ、ＢＣＫＩＮ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ。它可使用４种数据输入／输出格式（Ｆｏｒｍａｔ ０～３）。在软件方式中，这些格式通过软件寄存器３进行选择。

    在一个时钟中，ＰＣＭ３００２可以采用３２、４８、６４位时钟（ＢＣＫＩＮ）。当采用３２位时钟ＬＲＣＩＮ时，只能选择１６位数据格式。音频数据输入输出格式见图３。

４ 系统时钟

ＰＣＭ３００２的系统时钟频率必须为２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ，这里ｆｓ是音频采样频率。系统时钟通过ＳＹＳＣＬＫ引脚输入。ＰＣＭ３００２还有一套系统时钟检测电路，能自动检测系统时钟是否工作在２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ。当系统时钟采用３８４ｆｓ或５１２ｆｓ时，它自动将其分离为２５６ｆｓ 。２５６ｆｓ时钟用于操控数字滤波器和Δ－Σ调制器。

４．１ 上电复位

ＰＣＭ３００２具有内部上电复位电路。当ＳＹＳＣＬＫ有效且ＶＤＤ＞２．２Ｖ时，产生上电复位。初始化序列需要１０２４个ＳＹＳＣＬＫ周期来完成。

４．２ 外部复位

ＰＣＭ３００２有一个复位引脚ＲＳＴ。当ＳＹＳＣＬＫ有效时，外部复位信号必须驱动ＲＳＴ为低至少４０ｎｓ以初始化复位序列。初始化开始于ＲＳＴ的上升沿，并且需要１０２４个ＳＹＳＣＬＫ周期来完成。

图3

    ４．３ 数字音频系统同步

ＰＣＭ３００２通过操作ＬＲＣＬＫ来使其与系统时钟同步。ＬＲＣＩＮ与系统时钟之间不需要任何特别的相位关系，但必须有同步。若在一个采样周期中由于ＬＲＣＩＮ上的相位抖动使系统时钟和ＬＲＣＩＮ之间的同步变化多于６个位时钟ＢＣＫＩＮ，则ＤＡＣ的内部操作将在１／ｆｓ时间内停止，模拟输出也将被强制到正负零（０．５ＶＣＣ）?直到系统时钟在ｔＤＡＣＤＬＹ２延迟时间后又被同步到ＬＲ-ＣＬＫ。与此同时，ＡＤＣ内部操作也将在１／ｆｓ内停止，数字输出代码也将被设置到正负零?直到在ｔＡＤＣＤＬＹ２延迟时间后同步发生。如果ＬＲＣＩＮ在５个或更少的位时钟内同步到系统时钟，其操作将继续进行。

４．４ 零标志输出

１６引脚ＺＦＬＧ是无穷零检测标志。当输入数据在６５５３６个ＢＣＫＩＮ周期保持为零时，ＺＦＬＧ为低，否则ＺＦＬＧ为高阻态。

５　操作控制

在软件方式中，ＰＣＭ３００２通过３线串行接口ＭＣ、ＭＤ、ＭＬ进行控制。通过设置４个１６位程序寄存器来实现ＰＣＭ３００２的特殊功能，程序寄存器结构见图４所示。

６　典型应用

作为一个立体声多媒体数字信号编解码器， ＰＣＭ３００２通过语音输入接口采样模拟信号，然后转换成数字信号由微处理器（如ＤＳＰ）进行处理。微处理器处理完数据后再由ＰＣＭ３００２转换成模拟信号输出，这样用户就可从语音输出接口直接接听到。

    ＰＣＭ３００２的输入和输出端口可采用工业标准的３．５ＭＭ立体声接口。它可广泛用于多媒体音像设备及消费品的应用设计。图５为ＰＣＭ３００２的一个典型应用电路。