帶有USB接口的16位立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器PCM2702

摘要：  PCM2702是Burr-Brown公司新近推出的一種帶有USB接口的16位立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片。文中簡要分析了該芯片的性能特點和工作原理,最后給出了PCM2702的典型應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：PCM2702 USB接口 立體聲 數(shù)模轉(zhuǎn)換

1 引言

    PCM2702是一塊單片數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。它有兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出通道和一個一體化的USB接口控制器。該接口符合USB1.0標準。PCM2702采用最新開發(fā)研制的SPAct TM（采樣期內(nèi)自適應(yīng)控制跟蹤）系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠從USB接口的音頻數(shù)據(jù)中分離出一個穩(wěn)定的、偏差較小的時鐘信號以協(xié)調(diào)PLL和DAC工作。

   PCM2702主要由三部分組成：一個是Burr-Brown公司研制的增強型多層次δ-σ調(diào)制器,一個是8×重復采樣數(shù)字插值濾波器,還有一個模擬輸出低通濾波器。

    PCM2702可以接收48kHz、44kHz和32kHz采樣速率的16位立體聲或單聲道音頻數(shù)據(jù),芯片內(nèi)部集成有數(shù)字電位器的軟件靜音功能,通過USB的音頻等級需求可以控制電位器和靜音功能。

2 性能特點

2.1 管腳排列及功能

圖1所示為PCM2702的引腳排列,表1為引腳功能說明。

表1 引腳功能說明

2.2 性能特點

PCM2702的主要特點如下：

 ●具有一體化的USB接口。該USB接口完全符合USB1.0標準,其全速數(shù)據(jù)傳輸率可達12Mb/s,且具有同步傳送適配模式,并自帶供電裝置。

●可接收16位立體聲和單聲道USB音頻數(shù)據(jù)流。

●模擬性能（Vcc=5V）

動態(tài)范圍為100dB;

信噪比：150dB（典型值）;

THD+N：0.002%;

滿刻度輸出為3.1Vp。

●具有8×重復采樣數(shù)字濾波器。

●采樣速率（fs）可選用32kHz、44.1kHz或48kHz。

●內(nèi)部集成有獨立的12MHz時鐘發(fā)生器。

●具有多媒體功能。

●采用雙電源供電。其中模擬部分為+5V;數(shù)字部分為+3.3V。

●采用SSOP-28封裝形式。

2.3 電氣參數(shù)

表2所列為PCM2702的性能參數(shù)。表中的參數(shù)除特殊說明外,均在下列條件下測試：

表2 PCM2702的性能參數(shù)

   TA=25℃,Vcc=VCCL=VCCR=VCCP=5.0V,VDD=VDDC=3.3V,fs=44.0MHz,信號頻率1kHz,16位數(shù)據(jù)。管腳8、13、14、15、16分別為VBUS、TEST3、TEST2、TEST1和TEST0;管腳10、11、12、28分別是PLYBCK、SSPND、ZERO和XTO。

參數(shù)中的動態(tài)性能限決于標準主機的信號質(zhì)量,并隨系統(tǒng)不同面不同,動態(tài)性能的各項參數(shù)是用一臺Shibasoku#725 THD測量儀測得的。該儀器的特點是帶有400Hz的高通濾濾器、30kHz的低通濾波器、通用模式且具有20kHz的帶寬限制。通過交流耦合器的模擬輸出端負載為5kΩ或更大。

3 工作原理

圖2所示是PCM2702的組成框圖,各部分工作原理如下：

3.1 USB接口

該USB接口符合串行共用總線修訂版1.0版標準。

控制信號和音頻數(shù)據(jù)信號均通過D+（6腳）和D-（7腳）送入PCM2702中心。所有數(shù)據(jù)都以全速輸入或輸出。USB總電源VBUS（8腳）和USB數(shù)字地DGNDU（9腳）均與USB總線相連,由于VBUS僅用來分離芯片與USB總線的連接,所以VBUS不消耗USB總線電源功率。表3是USB接口的有關(guān)信息。

表3 USB接口信息

3.2 元件結(jié)構(gòu)

圖3是USB音頻功能邏輯框圖,PCM2702有兩個接口,每一個接口都由一些可供選擇的設(shè)置組成。接口#0有一個備選設(shè)置,備選設(shè)置#0是一標準的音頻控制接品,該接口有一個端口。PCM2702有一下列三個端口,輸入端口（IT）、輸出端口）OT）和功能單元（FU）。輸入端口定義為“USB”數(shù)據(jù)流（端口類型0×0101）,輸入端口可以接2個通道的音頻流,這2個通道分別可作為音頻流的左右聲道的壓縮數(shù)據(jù)傳輸通道。輸出端口為“揚聲器”端口（端口類型0×0301。）

功能控制單元支持音量控制和靜音控制功能。內(nèi)建的數(shù)字音量控制電位器可根據(jù)音頻級別的具體要求以步進量為1.0dB在0.0dB～64.0dB之間進行調(diào)節(jié)。每個聲道可獨立設(shè)置,同時也支持主音量控制,內(nèi)建的數(shù)字靜音控制器也可以根據(jù)音頻等級的具體要求進行操作,以支持主靜音控制,但不支持單獨的聲道進行調(diào)節(jié)控制。

接口#1有3個可選擇的設(shè)置：#0備選設(shè)置是零帶寬設(shè)置;#1設(shè)置是16位立體聲設(shè)置,它是一個可操作性設(shè)置;#2設(shè)置是16位單聲道設(shè)置,也是一個可操作性設(shè)置。PCM2702有兩個終端,即：控制終端（EP#0）和同步音頻數(shù)據(jù)流終端（EP#2）?？刂平K端是默認終端,常用來根據(jù)標準USB需求和USB音頻等級的具體需求對PCM2702的所有功能進行控制。同步音頻數(shù)據(jù)流終端是音頻吸收終端,它接收來自PCM的音頻數(shù)據(jù)流和接收重配的傳輸模式。

3.3 時鐘和重置電路

PCM2702需要一個12MHz（±500ppm）的時鐘來協(xié)調(diào)USB和音頻功能控制部分的工作。該時鐘信號可由內(nèi)部集成的12MHz晶振提供,也可以及XTI（腳1）輸入12MHz內(nèi)部時鐘信號（如圖4所示）,12MHx晶體諧振器與一個1MΩ電阻和兩個小電容一起連至XTI和XTO,電容值的大小取決于具體的晶體諧振器的負載。如果使用內(nèi)部時鐘則應(yīng)從XTI輸入,而且XTO必須懸空,XTI腳時鐘信號的邏輯電平為+3.3V,而不是5V。圖5是外部12MHz時鐘連接電路。

PCM2702包含一個內(nèi)部電源接通恢復電路。當VDD電平大于2.0V時,該電路將自動恢復起始數(shù)字邏輯電平,整個過程大約需要350μs。為確保接電時序的正常工作,VDD電壓必須在10ms內(nèi)升至2.0V。

3.4 接口時序

● 電源接通,連接和回放時序

當電路完成起始電平的恢復并在USB總線接通后,PCM2702設(shè)置準備完畢。當建立和USB總線的連接后,PCM2702準備接收USB音頻數(shù)據(jù)。在等待音頻數(shù)據(jù)送來時,模擬輸出設(shè)置為雙零點零標志,ZERO（腳12）為高電平。

當接收到音頻數(shù)據(jù)后,PCM2702將第一批數(shù)據(jù)包（含1ms的音頻數(shù)據(jù)）存貯到一個內(nèi)部存貯器中,當檢測到頭幀后,PCM2702開始回放。

●播放停止和分離時序

當主機完成或停止音頻回放時,PCM將在最后傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)接收后停止播放,PCM2702的播放停止和分離時序如圖6所示。

3.5 PLYBCK、SSPND和ZERO標志

PLYBCK、SSPND和ZERO標志定義如下：

PLYBCK：當PCM音頻輸入數(shù)據(jù)正在播放時,PLYBCK（腳10）為低電平效;

SSPND：USB接口處于掛起狀態(tài)時,SSPND（腳11）低電平有效。

ZERO：如果PCM音頻輸入數(shù)據(jù)持續(xù)102個采樣周期為0,則進入ZERO狀態(tài)。ZERO（腳12）為高電平有效。

4 應(yīng)用

PCM2702可用于標準的獨立USB音頻揚聲器、CRT/LCD一體化USB音頻場聲器,USB音頻放大器等各種USB音頻設(shè)備中。圖7為種PCM2702的典型應(yīng)用電路。