16/20位立體聲音頻編解碼器PCM3002
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摘要：PCM3002是TI公司推出的16/20位立體聲音頻編解碼芯片。文中簡要分析了該芯片的性能特點和工作原理，給出了PCM3002的典型應用電路。
１ 概述
ＰＣＭ３００２是低功耗單片立體聲音頻編解碼器，具有單極性模擬電壓輸入輸出。ＡＤＣ和ＤＡＣ能進行６４倍過采樣的Δ－Σ調制。ＡＤＣ包括一個數字抽選過濾器，ＤＡＣ包括一個８倍過采樣插值濾波器。ＤＡＣ還有數字衰減、去加重、無窮零檢測、軟件靜音等功能。它以左、右對齊格式進行操作，并支持ＩＩＳ 數據格式。ＰＣＭ３００２具有掉電模式，可分別獨立地運行于ＡＤＣ和ＤＡＣ上。ＰＣＭ３００２的編程函數由軟件控制。在工程應用中，該芯片可以作為數字信號處理器（ＤＳＰ）的音頻模擬輸入和輸出，具有結構簡單、便于軟件操控、節省布板空間等優點。ＰＣＭ３００２的主要特性如下：
●單片２０位Δ－Σ ＡＤＣ和ＤＡＣ；
●１６／２０位數據輸入／輸出；
●立體聲ＡＤＣ：單極性電壓輸入；６４倍過采樣；ＴＨＤ＋Ｎ（總諧波失真＋噪聲）：－８６ｄＢ；ＳＮＲ： ９０ｄＢ；動態范圍：９０ｄＢ；
●立體聲ＤＡＣ：單極性電壓輸出；模擬低通濾波器；６４倍過采樣；ＴＨＤ＋Ｎ：－８６ｄＢ；ＳＮＲ：９４ｄＢ；動態范圍：９４ｄＢ；
●特殊性能：數字去加重；２５６級數字衰減；軟件靜音；數字回送；掉電：ＡＤＣ／ＤＡＣ獨立；
●采樣率：高達４８ｋＨｚ；
●系統時鐘：２５６ｆｓ、３８４ｆｓ、５１２ｆｓ；
●單電源＋３Ｖ供電。
２ 內部結構及引腳功能
圖１給出了ＰＣＭ３００２的功能簡圖。采集到的模擬音頻信號經過模擬前端后，送入Δ－Σ調制器和數字抽選過濾器，再經調制過濾后以數字形式輸出。而輸入的數字音頻信號經過數字插值濾波器和多級Δ－Σ調制器，然后再經低通濾波并以模擬形式輸出給外部設備。
ＰＣＭ３００２采用ＳＳＯＰ－２４封裝，其引腳排列如圖２所示。
３ ＰＣＭ音頻接口
ＰＣＭ３００２的４線數字音頻接口包括：ＬＲＣＩＮ、ＢＣＫＩＮ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ。它可使用４種數據輸入／輸出格式（Ｆｏｒｍａｔ ０～３）。在軟件方式中，這些格式通過軟件寄存器３進行選擇。
４ 系統時鐘
ＰＣＭ３００２的系統時鐘頻率必須為２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ，這里ｆｓ是音頻采樣頻率。系統時鐘通過ＳＹＳＣＬＫ引腳輸入。ＰＣＭ３００２還有一套系統時鐘檢測電路，能自動檢測系統時鐘是否工作在２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ。當系統時鐘采用３８４ｆｓ或５１２ｆｓ時，它自動將其分離為２５６ｆｓ 。２５６ｆｓ時鐘用于操控數字濾波器和Δ－Σ調制器。
４．１ 上電復位
ＰＣＭ３００２具有內部上電復位電路。當ＳＹＳＣＬＫ有效且ＶＤＤ＞２．２Ｖ時，產生上電復位。初始化序列需要１０２４個ＳＹＳＣＬＫ周期來完成。
４．２ 外部復位
ＰＣＭ３００２有一個復位引腳ＲＳＴ。當ＳＹＳＣＬＫ有效時，外部復位信號必須驅動ＲＳＴ為低至少４０ｎｓ以初始化復位序列。初始化開始于ＲＳＴ的上升沿，并且需要１０２４個ＳＹＳＣＬＫ周期來完成。
圖3
ＰＣＭ３００２通過操作ＬＲＣＬＫ來使其與系統時鐘同步。ＬＲＣＩＮ與系統時鐘之間不需要任何特別的相位關系，但必須有同步。若在一個采樣周期中由于ＬＲＣＩＮ上的相位抖動使系統時鐘和ＬＲＣＩＮ之間的同步變化多于６個位時鐘ＢＣＫＩＮ，則ＤＡＣ的內部操作將在１／ｆｓ時間內停止，模擬輸出也將被強制到正負零（０．５ＶＣＣ）?直到系統時鐘在ｔＤＡＣＤＬＹ２延遲時間后又被同步到ＬＲ-ＣＬＫ。與此同時，ＡＤＣ內部操作也將在１／ｆｓ內停止，數字輸出代碼也將被設置到正負零?直到在ｔＡＤＣＤＬＹ２延遲時間后同步發生。如果ＬＲＣＩＮ在５個或更少的位時鐘內同步到系統時鐘，其操作將繼續進行。
４．４ 零標志輸出
１６引腳ＺＦＬＧ是無窮零檢測標志。當輸入數據在６５５３６個ＢＣＫＩＮ周期保持為零時，ＺＦＬＧ為低，否則ＺＦＬＧ為高阻態。
５ 操作控制
在軟件方式中，ＰＣＭ３００２通過３線串行接口ＭＣ、ＭＤ、ＭＬ進行控制。通過設置４個１６位程序寄存器來實現ＰＣＭ３００２的特殊功能，程序寄存器結構見圖４所示。
６ 典型應用
作為一個立體聲多媒體數字信號編解碼器， ＰＣＭ３００２通過語音輸入接口采樣模擬信號，然后轉換成數字信號由微處理器（如ＤＳＰ）進行處理。微處理器處理完數據后再由ＰＣＭ３００２轉換成模擬信號輸出，這樣用戶就可從語音輸出接口直接接聽到。
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