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(jiǎn)要分析了該芯片的性能特點(diǎn)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(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出通道和一個(gè)一體化的USB接口控制器。該接口符合USB1.0標(biāo)準(zhǔn)。PCM2702采用最新開(kāi)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(gè)穩(wěn)定的、偏差較小的時(shí)鐘信號(hào)以協(xié)調(diào)PLL和DAC工作。

   PCM2702主要由三部分組成：一個(gè)是Burr-Brown公司研制的增強(qiáng)型多層次δ-σ調(diào)制器,一個(gè)是8×重復(fù)采樣數(shù)字插值濾波器,還有一個(gè)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(guò)USB的音頻等級(jí)需求可以控制電位器和靜音功能。

2 性能特點(diǎn)

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(shuō)明。

表1 引腳功能說(shuō)明

2.2 性能特點(diǎn)

PCM2702的主要特點(diǎn)如下：

 ●具有一體化的USB接口。該USB接口完全符合USB1.0標(biāo)準(zhǔn),其全速數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)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(dòng)態(tài)范圍為100dB;

信噪比：150dB（典型值）;

THD+N：0.002%;

滿(mǎn)刻度輸出為3.1Vp。

●具有8×重復(fù)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(dú)立的12MHz時(shí)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(shuō)明外,均在下列條件下測(cè)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(hào)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(dòng)態(tài)性能限決于標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的信號(hào)質(zhì)量,并隨系統(tǒng)不同面不同,動(dòng)態(tài)性能的各項(xiàng)參數(shù)是用一臺(tái)Shibasoku#725 THD測(cè)量?jī)x測(cè)得的。該儀器的特點(diǎn)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(guò)交流耦合器的模擬輸出端負(fù)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(xiàn)修訂版1.0版標(biāo)準(zhǔn)。

控制信號(hào)和音頻數(shù)據(jù)信號(hào)均通過(guò)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(xiàn)相連,由于VBUS僅用來(lái)分離芯片與USB總線(xiàn)的連接,所以VBUS不消耗USB總線(xiàn)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(gè)接口,每一個(gè)接口都由一些可供選擇的設(shè)置組成。接口#0有一個(gè)備選設(shè)置,備選設(shè)置#0是一標(biāo)準(zhǔn)的音頻控制接品,該接口有一個(gè)端口。PCM2702有一下列三個(gè)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(lèi)型0×0101）,輸入端口可以接2個(gè)通道的音頻流,這2個(gè)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(yáng)聲器”端口（端口類(lèi)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(jí)別的具體要求以步進(jìn)量為1.0dB在0.0dB～64.0dB之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)聲道可獨(dú)立設(shè)置,同時(shí)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(jí)的具體要求進(jìn)行操作,以支持主靜音控制,但不支持單獨(dú)的聲道進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

接口#1有3個(gè)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(gè)可操作性設(shè)置;#2設(shè)置是16位單聲道設(shè)置,也是一個(gè)可操作性設(shè)置。PCM2702有兩個(gè)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(rèn)終端,常用來(lái)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)USB需求和USB音頻等級(jí)的具體需求對(duì)PCM2702的所有功能進(jìn)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(lái)自PCM的音頻數(shù)據(jù)流和接收重配的傳輸模式。

3.3 時(shí)鐘和重置電路

PCM2702需要一個(gè)12MHz（±500ppm）的時(shí)鐘來(lái)協(xié)調(diào)USB和音頻功能控制部分的工作。該時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)（如圖4所示）,12MHx晶體諧振器與一個(gè)1MΩ電阻和兩個(gè)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(fù)載。如果使用內(nèi)部時(shí)鐘則應(yīng)從XTI輸入,而且XTO必須懸空,XTI腳時(shí)鐘信號(hào)的邏輯電平為+3.3V,而不是5V。圖5是外部12MHz時(shí)鐘連接電路。

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

3.4 接口時(shí)序

● 電源接通,連接和回放時(shí)序

當(dāng)電路完成起始電平的恢復(fù)并在USB總線(xiàn)接通后,PCM2702設(shè)置準(zhǔn)備完畢。當(dāng)建立和USB總線(xiàn)的連接后,PCM2702準(zhǔn)備接收USB音頻數(shù)據(jù)。在等待音頻數(shù)據(jù)送來(lái)時(shí),模擬輸出設(shè)置為雙零點(diǎn)零標(biāo)志,ZERO（腳12）為高電平。

當(dāng)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(gè)內(nèi)部存貯器中,當(dāng)檢測(cè)到頭幀后,PCM2702開(kāi)始回放。

●播放停止和分離時(shí)序

當(dāng)主機(jī)完成或停止音頻回放時(shí),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(shí)序如圖6所示。

3.5 PLYBCK、SSPND和ZERO標(biāo)志

PLYBCK、SSPND和ZERO標(biāo)志定義如下：

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

SSPND：USB接口處于掛起狀態(tài)時(shí),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(gè)采樣周期為0,則進(jìn)入ZERO狀態(tài)。ZERO（腳12）為高電平有效。

4 應(yīng)用

PCM2702可用于標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立USB音頻揚(yáng)聲器、CRT/LCD一體化USB音頻場(chǎng)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。