2015 TI 音频创新日 (11) PCM186x 和转换器介绍

我给大家介绍一下 TI 的一些 pcm 的模数，数模转换器 我们从 ADC 开始讲 那 TI 的 ADC 主要分为三类 一个是比较通用的，在 sound bar 各种比较通用平台 消费类，对价格比较敏感的 对那种性能可能没有那么敏感的 PCM180X 系列 还有一些 ADC3101 3001 第二类的话，是那种高精尖的 就相当于是很高端的 可能用在一些调音台或者是 那种 Professional Audio 上面的 PCM42XX 系列 这些指标都特别高 TI 的话现在做了一个 相当于新推出了 做的一个 相当于是在一般跟 相当于是比较性能最好的中间的一个 叫 PCM186X 它不是一颗单纯的 ADC 它是一个很强大的模拟前端 那我们首先先看一下 一般的蓝牙音箱，soundbar 那种模拟前端的一些架构 那一般来说的话 一个蓝牙音箱或者 soundbar 它肯定会有 AUX in 是它的其中一个模拟输入 另外一路的话，可能会从蓝牙模块出来 CS-28670 那些模拟输出 还有些光纤输出也是模拟的 那这些模拟输出的话，可能需要一颗运放 需要做一个差分转单端 相当于是做一些接口 做完以后可能会通过一个模拟开关，CD4052 我要切 source 我到底是要用 AUX 还是用蓝牙 最后经过一个开关选择以后 可能通到一个不同的 ADC 里面 去做一些模数转换 那下面那颗 74 系列的那颗 是一个反向器 那一般来说的话 我可能会需要一个做无源晶振 我可能需要一个反相器让它起振 做一个 MCLK 这是一个传统的，很传统的方案 那这个方案的话，它用到 4 颗芯片 那还是算比较少的 那算它外围的话，假设我的模拟输出 因为一般标准口的模拟输出都是 2 Vrms 那这种 2 Vrms 直接通到里面去的话 肯定是会出现失真的 因为 PCM1808 最大输入幅度是 3Vpp 那个 2 Vrms 可能达到 5.8V 左右 所以的话前面可能还要加一些分压电阻 各式各样的东西 那如果说 除了分压电阻就四颗芯片 其次的话，我可能外面还要再加一些其他电路 形形色色的，各式各样的电路 比如说如果我要做一些待机低功耗的检测的时候 我可能还要再加一些检测电路 比如说我可能从输出端去检测是否有信号输入 如果没有的话我要做一个待机 来满足一些欧洲标准低功耗 所以的话，传统方案有什么缺点就是 就是方案的芯片比较多 电路比较复杂，体积也很大 那针对于那种蓝牙音箱很小的 或者是那种对体积受限的这种 可能这个方案不太好 其次的话，如果我要做一个系统 假设我这个系统上需要放麦克风 那如果我接麦克风的话，可能因为麦克风输出幅度特别小 我可能还需要加一个运放，做一个麦克风放大 那麦克风需要有电给它供 那这个电的话，不能跟一些其他的电的共用 可能会对我麦克风性能会有很大损伤 所以的话可能还要加一个偏置给它 其次的话，这套系统供电电源轨的话比较多 有 5V 的 3.3V 的 因为如果我要接收那种很大输入信号的话 我可能供电电压会到 5 V 左右 第四个的话，就是需要额外加分压电阻来支持 2 Vrms 第五的话，就是没有做一些信号的检测来做开关机 那 TI 现在做了一个 PCM186X 这颗 186X 的话就集成了之前所有的功能全在里面 首先的话，它支持单端跟差分输入 通过软件就可以配置 模拟输入口可以实现 PM 的这种差分 也可以直接去输入一端 其次的话，前面有 mix 和 mux 相当于是说我可以做一些模拟的混音 比如说我要做一个卡拉 OK 系统 我可能有一些音频是模拟进来的 那我的麦克风也可能是模拟的，那我直接做混音进去了 MUX 的话就是相当于是我们做音源切换 是蓝牙或者是 AUX 或者是其他的光纤 各式各样的音源切换 那经过切换以后我可能后面会有个 PGA PGA 的作用就是来做一个信号放大 因为麦克风输入信号比较小 我可能需要一个 PGA 放大 其次的话，当前面输入信号比较小的时候 我可能也需要一个 PGA 放大 来给我 ADC 采样，能够达到一个比较好的信噪比 那后期的话就是一个 ADC 两个组的 ADC 对左右通道进行采样 这里可以看到有一个 secondary ADC 这个 ADC 的作用就是用来检测输入信号 可以看到它会把两个通道前期输入信号做一个检测 那我可以设我检测的时间跟检测的幅度 当我定义某个时间，假设一分钟 我的信号幅度平均功率可能 小于 -60dB 那我可能就可以通过我的 GPIO 口来发一个中断出来 告诉我的主控 你可以休眠了，我们可以进入待机状态了 当整个主控，就相当于整个系统待机以后 我的芯片，你可以把 AB 组的 ADC 关掉 留着这个 ADC 再检测一个来检测系统的开机 比如说忽然我插入一个音源了 我忽然检测到有信号输入，那我也会发个中断 告诉 MCU 可以启动可以唤醒 除了这些功能以外的话 它还有 Mic bias 可以直接外接麦克风 由于这个芯片的供电的话是支持 3.3 V 跟1.8 V 它不需要 5V 的电源 虽然是它只有 3.3V 单电源供电 但是它可以支持 2 Vrms 的一个输入 都不会有失真，不会有问题 那其次的话这个 ADC 因为它有 PLL ，它可以做主也可以做从 当某些比如说蓝牙系统的时候 可能我没有 MCLK ，只有一个 PLL clock 那我就可以通过 PLL clock 来产生我所有的需要的时钟 其次的话，我还有一些 GPIO 口可以复用 比如说我有些数字麦克风 我的麦克风不是模拟的，我是数字的 我可以直接从数字口来接 那其次的话我还可以做一些其他的配置 因为有些时候可能我需要用到好几片 那我可以做一些地址的切换 这个是一个 PCM 186X 这是一个比较通用的两路的 ADC 这是一个 PCM186X 的一个系列 它主要 刚刚我们讲的是16，现在是 1862 和 63 两个通道的一个ADC 这是软件控制的，它根据性能的差异 信噪比的差异有 103 和110dB 还有硬件控制的，相当于是说我不用任何的主控来控 我直接就用硬件控制，通过外围的电阻电容的一些配置 我就直接把它配置完，有 1860 和 1861 那两个通道是比较常用的，那其实如果有些应用场合 我可能说要做一些多通道输入的 可能需要四个通道一起用的 那就有四通道的，PCM1864 跟 65 那也是按照它的一个等级分 103 跟 110 那这些的话刚刚讲就是一些特殊的功能 这个就跳过吧 OK 186X 是 TI 现在主推的一颗 ADC 因为它的功能比较多 180X 的话是一个比较 相当于是说性能还过得去 但是它成本会比较便宜，广泛应用在一些 soundbar 还有一些，基本上说一些消费类的地方都会用到 只要需要 ADC 的地方 就是它跟 186X 的比的话 它的信噪比 1808 可能没有那么好 但是它还是够用的，但是它只能支持单端输入 这是一个大致的框架 可以看到一般都是一个 ADC 采样进入 DSP 然后经过一个数字功放放大，没有什么很特别的 可以看到它内部的框架跟 186X 比的话,很简单 就是一个抗混叠滤波，通过一个 delta-sigma 调制器 然后后面一个抽取滤波，然后通过一个 I2S 输出 这个是调 I2S 接口类型的 还需要一个 MCLK 给它输入 因为这颗它没有 PLL 一定要给它 MCLK 时钟输入 或者是你把它配置成从模式 电源的话，它需要有 5V 和 3.3V 两个 PCM42XX 的话是一个比较高端的 那它有两个通道跟四个通道 02 就两个通道，04 就四个通道 信噪比都会比较高 主要用于那些调音台 或者比较对信号要求比较高的采样 我们总结一下 TI 的一些音频 ADC 的特点 TI 的 ADC 的话，最高能够做到 123dB 的信噪比 PCM42XX 并且支持立体声通道 比如说186X两个通道四个通道 4204也是四个通道的 并且它能够有 相当于是能够支持多种输入 还有带麦克功能 PCM186X 并且的话它还有一个相当于是 用于开机和待机的一个能量检测功能 相当于是刚刚讲到了一个辅助 ADC 来帮你做一些待机跟开关机检测 其次的话，它还有一个集成 PLL 功能 186X 还有一个功能就是，它的 PGA 是动态的 我内部有一个电路去检测，当我输入信号已经失真的时候 我的 PGA 能够自动降增益，降 6dB 增益来防止失真 相当于是你不用软件配，自动可以检测到有个失真 自动帮你降 6dB 增益 这些功能的话，有些客户特别喜欢的功能 刚刚讲的是 TI 的一些 ADC 那 TI 的 DAC 有多种类型 我主要把它归为那几类 一个是如果按通道分的话，两个通道 四个通道 八个通道 两通道的话是一般的立体声 四个通道 可能是一些车载或者是一些调音台输出 八个通道，有可能是也有一些车载 它可能要做 7.1 那种家庭影院那种的 那如果按照性能分的话 它主要分为 PCM 51XX 系列，或者是 52XX 系列 这个是比较中间的, 那比较便宜的可能就是 PCM17XX 还有就是 5100 跟 01 那些 高端的话就是 PCM17XX，179X 系列 这些的话，用在 HI-FI 的DAC里面 支持 DSD 跟 PCM 格式 这个就是一个 PCM17XX 的大致介绍 就是可以看到 1792A 是 TI 内部目前 DAC 性能指标最好的一款 DAC 那支持 DAD、I2S 各种各样的格式 这个是需要 5V 3.3V 供电 支持软件模式 并且的话比如说还有一些 Pin2Pin 可以随便切换 就比如说某些产品 我可能从那些产品需要做一些高中低各种的 我可能只需要换个芯片，后级可能不是很处理就行了 后面的话还有一些 1789，1754 就是一些指标没有那么好 但是可能成本会比较好的一些 这个的话刚才也讲了，这是一个 HI-FI 大致的一个架构 就是 DAC 输出电流型的 AC 通过一个数字运放做那个 IV 转换 最后通过一个耳放来做驱动 这是一个 pcm179X 的内部框图 也很简单 它没有什么特殊功能 只有一些接口的控制 电流型的 DAC 输出，后期需要做 AD 转换 内部就是一些数字的一些，然后还有一些电源供电 还有就是时钟输入，还有一些是信号检测 那我今天主要讲的是 PCM 51XX 系列 PCM 51XX 系列广泛应用在消费类很多领域之前 在最早的时候，pcm51XX 还在用在手机里面 第一代的那种 HIFI 后来的话可能由于某些原因就出来了 PCM510 5100A 5101A 5102A 是纯硬件的 集成 PLL 的 DAC ，早上有同事讲它不需要输入 MCLK 直接给它三路 I2S 的两个时钟 只要一个数据它就能直接工作 所以它是硬件模式的 PCM 5122，还有一个叫 PCM5121 21 跟 22 也是一样 跟 1862 跟 63 也是类似的 指标不一样，它会出现不同的一些 像 5122 是 112 ，那 5121 就是106 左右 那它是一个软件模式的 里面它有一个迷你 DSP, 可以做一些音频最基本的一些处理 比如说音量调节 EQ ，DAC 各式各样的 如果说你不喜欢这种功能 那我们有 PCM5142 跟 5141 这个的话里面的 DSP 是可编程的 你可以根据你的喜好放一些各式各样的，比如说功能往里面放 混音啊还有一些功能往里面放 pcm5242 那这颗的话 其实是针对于手机的一个应用往里面放的 因为 PCM51XX 里面所有的接口都是 3.3V 因为手机是 1.8V，所以 5242 可以接受 1.8 V 的信号 其次的话，是封装 是 QFN 的跟之前的封装不一样，体积明显变小 然后的话，5242 它里面内部有多种滤波器可以调听感 因为不同的滤波器对听感不一样 51 系列的话基本上都是不需要 MCLK 来工作 就算是软件模式它也不需要 MCLK MCLK 的减少对我系统的设计 复杂度都会减少很多 什么 EMI 和布线 很多车载客户他有时候很头疼他的 MCLK 比如说我要做好多通道输出，如果我用好多颗的话 我可能 MCLK 走线会特别多 如果那时候不需要的话，我可能 只需要连 PCLK 跟 WCLK 就可以了 MCLK 的频率通常会到十几二十兆 12.88M 或者是 11 点多M 那这种频率的话对汽车还是比较敏感的 其次的话，我内部都集成了 Charge Pump 我能够支持 2Vrms 的输出 10mA 也直接讲了 不需要隔直电容，能够直接输出 这是一个 PCM5242 的一个介绍 就是有 114dB 一个动态范围 里面有可编程 DSP ，它是差分输出的 这是一个 5242 的内部框图，跟 514X 唯一不一样 就是它的差分输出 性能指标上有新的提升，那它同时也支持 SPI、I2C 控制 还有一些就是 Integrated Charge Pump,也就是 2 Vrms 有PLL 不需要 MCLK 它有 DAC 集成电流型 DAC 后面 IV 转换以后输出电压型信号 软硬件控制都可以 51XX 那刚刚也讲了 这个就是一个 51XX 大致的框图 绿色的就是 5142 跟 22 共有的 那 51 红色就是 5142 独有的 唯一不一样的就是 5142 内部的 DSP 是可以内部直接编程的 通过图形化进行编程，不是用 c 语言的 这边是直接拖几个模块直接就能完成编程 这个的话 PCM16XX 跟 41XX 就是一个多通道的方案 比如说我要做家庭影院，做一些可能通道数比较多的 可能会用到 168X 或者 169X，8 个通道 它其实跟一般的 DAC 也没什么很大的不一样 就是它通道数多了 然后它可以支持多路的 I2S 输入 其实其他的没有什么很大变化 PCM4104 就是四个通道的一个 DAC 它跟那个 PCM168X 唯一不一样 就是它是差分输出的 其次的话，它支持一些其他格式的一些信号 并且支持软件硬件同时 我们总结一下我们 TI 音频 DAC 这些特点 基本上音频 DAC 都是 Delta-Sigma 架构的 那现在性能最好的 DAC PCM1792 信噪比大概在 132dB 左右 并且有多通道的一个处理方案，可选的片上处理 就像 PCM512X 跟 4X ，你可以用 TI 固化的也可以自己定义的 便捷的控制，就是我可以用硬件控制 也可以用 I2C 另外是SPI 那内部集成 PLL，相当于是省了一个时钟 减少了一个系统成本 大致这些，谢谢