16/20位立體聲音頻編解碼器PCM3002

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(jiǎn)要分析了該芯片的性能特點(diǎn)和工作原理，給出了PCM3002的典型應用電路。

關(guān)鍵詞：PCM3002；立體聲；編解碼器

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(jìn)行６４倍過(guò)采樣的Δ－Σ調制。ＡＤＣ包括一個(gè)數字抽選過(guò)濾器，ＤＡＣ包括一個(gè)８倍過(guò)采樣插值濾波器。ＤＡＣ還有數字衰減、去加重、無(wú)窮零檢測、軟件靜音等功能。它以左、右對齊格式進(jìn)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(jiǎn)單、便于軟件操控、節省布板空間等優(yōu)點(diǎn)。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：?jiǎn)螛O性電壓輸入；６４倍過(guò)采樣；ＴＨＤ＋Ｎ（總諧波失真＋噪聲）：－８６ｄＢ；ＳＮＲ： ９０ｄＢ；動(dòng)態(tài)范圍：９０ｄＢ；

●立體聲ＤＡＣ：?jiǎn)螛O性電壓輸出；模擬低通濾波器；６４倍過(guò)采樣；ＴＨＤ＋Ｎ：－８６ｄＢ；ＳＮＲ：９４ｄＢ；動(dòng)態(tài)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(shí)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(jiǎn)圖。采集到的模擬音頻信號經(jīng)過(guò)模擬前端后，送入Δ－Σ調制器和數字抽選過(guò)濾器，再經(jīng)調制過(guò)濾后以數字形式輸出。而輸入的數字音頻信號經(jīng)過(guò)數字插值濾波器和多級Δ－Σ調制器，然后再經(jīng)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(xiàn)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(guò)軟件寄存器３進(jìn)行選擇。

在一個(gè)時(shí)鐘中，ＰＣＭ３００２可以采用３２、４８、６４位時(shí)鐘（ＢＣＫＩＮ）。當采用３２位時(shí)鐘ＬＲＣＩＮ時(shí)，只能選擇１６位數據格式。音頻數據輸入輸出格式見(jiàn)圖３。

４ 系統時(shí)鐘

ＰＣＭ３００２的系統時(shí)鐘頻率必須為２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ，這里ｆｓ是音頻采樣頻率。系統時(shí)鐘通過(guò)ＳＹＳＣＬＫ引腳輸入。ＰＣＭ３００２還有一套系統時(shí)鐘檢測電路，能自動(dòng)檢測系統時(shí)鐘是否工作在２５６ｆｓ、３８４ｆｓ或５１２ｆｓ。當系統時(shí)鐘采用３８４ｆｓ或５１２ｆｓ時(shí)，它自動(dòng)將其分離為２５６ｆｓ 。２５６ｆｓ時(shí)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(shí)，產(chǎn)生上電復位。初始化序列需要１０２４個(gè)ＳＹＳＣＬＫ周期來(lái)完成。

４．２ 外部復位

ＰＣＭ３００２有一個(gè)復位引腳ＲＳＴ。當ＳＹＳＣＬＫ有效時(shí)，外部復位信號必須驅動(dòng)ＲＳＴ為低至少４０ｎｓ以初始化復位序列。初始化開(kāi)始于ＲＳＴ的上升沿，并且需要１０２４個(gè)ＳＹＳＣＬＫ周期來(lái)完成。

圖3

４．３ 數字音頻系統同步

ＰＣＭ３００２通過(guò)操作ＬＲＣＬＫ來(lái)使其與系統時(shí)鐘同步。ＬＲＣＩＮ與系統時(shí)鐘之間不需要任何特別的相位關(guān)系，但必須有同步。若在一個(gè)采樣周期中由于ＬＲＣＩＮ上的相位抖動(dòng)使系統時(shí)鐘和ＬＲＣＩＮ之間的同步變化多于６個(gè)位時(shí)鐘ＢＣＫＩＮ，則ＤＡＣ的內部操作將在１／ｆｓ時(shí)間內停止，模擬輸出也將被強制到正負零（０．５ＶＣＣ）?直到系統時(shí)鐘在ｔＤＡＣＤＬＹ２延遲時(shí)間后又被同步到ＬＲ-ＣＬＫ。與此同時(shí)，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(shí)間后同步發(fā)生。如果ＬＲＣＩＮ在５個(gè)或更少的位時(shí)鐘內同步到系統時(shí)鐘，其操作將繼續進(jìn)行。

４．４ 零標志輸出

１６引腳ＺＦＬＧ是無(wú)窮零檢測標志。當輸入數據在６５５３６個(gè)ＢＣＫＩＮ周期保持為零時(shí)，ＺＦＬＧ為低，否則ＺＦＬＧ為高阻態(tài)。

５　操作控制

在軟件方式中，ＰＣＭ３００２通過(guò)３線(xiàn)串行接口ＭＣ、ＭＤ、ＭＬ進(jìn)行控制。通過(guò)設置４個(gè)１６位程序寄存器來(lái)實(shí)現ＰＣＭ３００２的特殊功能，程序寄存器結構見(jiàn)圖４所示。

６　典型應用

作為一個(gè)立體聲多媒體數字信號編解碼器， ＰＣＭ３００２通過(guò)語(yǔ)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(jìn)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(hù)就可從語(yǔ)音輸出接口直接接聽(tīng)到。

ＰＣＭ３００２的輸入和輸出端口可采用工業(yè)標準的３．５ＭＭ立體聲接口。它可廣泛用于多媒體音像設備及消費品的應用設計。圖５為ＰＣＭ３００２的一個(gè)典型應用電路。