20位單片音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器PCM63P

摘要：PCM63P是美國(guó)BB公司生產(chǎn)的具有超低失真性能(滿量程輸出最大為-93dB)的精密２０位數(shù)模轉(zhuǎn)換器?可應(yīng)用于低失真頻率合成、高級(jí)消費(fèi)品和特殊的數(shù)字音頻應(yīng)用等方面。文中介紹了PCM63P的工作原理及應(yīng)用電路。

１　概述

ＰＣＭ６３Ｐ是ＢＢ公司采用獨(dú)特雙ＤＡＣ共線結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的超低失真２０位精密ＤＡＣ芯片。該結(jié)構(gòu)可消除有害的數(shù)模感應(yīng)干擾誤差和其它雙極性零點(diǎn)附近的非線性，因此，ＰＣＭ６３Ｐ的噪聲非常低?最大ＳＮＲ為１１６ｄＢ?同時(shí)具有１６倍的過采樣率和快速建立時(shí)間電流輸出?２ｍＡ階躍時(shí)為２００ｎｓ?。下面是ＰＣＭ６３Ｐ的主要特點(diǎn)：

●是一種共線的２０位音頻ＤＡＣ；

●可近于理想地在低電平工作；

●輸出無(wú)數(shù)模感應(yīng)干擾；

●可快速（２００ｎｓ）電流輸出（±２ｍｓ）；

●帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行輸入接口；

    ●超低失真，最大－９６ｄＢ（無(wú)外部調(diào)整）；

●帶有基準(zhǔn)源；

●最小ＳＮＲ為１１６ｄＢ（按加權(quán)方式計(jì)算）；

●具有１６倍過采樣能力。

２　結(jié)構(gòu)功能

圖１所示是ＰＣＭ６３Ｐ數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖２則給出了其引腳排列，各管腳的功能說明如下：

ＣＡＰ（１腳）：伺服放大器去耦電容接入端；

＋ＶＡ（２腳）：＋５Ｖ模擬電源；

ＣＡＰ（３腳）：基準(zhǔn)去耦電容接入端；

ＣＡＰ（４腳）：失調(diào)去耦電容端；

ＢＰＯ（５腳）：雙極性偏置電流輸出端口，典型偏置電流輸出為＋２ｍＡ；

ＩＯＵＴ（６腳）：ＤＡＣ電流輸出；

ＡＣＯＭ（７腳）：模擬公共端；

ＲＦ１（９腳）： 反饋接入端；

ＲＦ２（１０腳）： 該腳與９腳之間在芯片內(nèi)部接有１．５ｋΩ反饋電阻以用于外部反饋；

－ＶＤ（１１腳）：－５Ｖ數(shù)字電源；

ＤＣＯＭ（１２腳）：數(shù)字公共端；

＋ＶＤ（１３腳）：＋５Ｖ?jǐn)?shù)字電源；

ＣＬＫ（１８腳）：ＤＡＣ數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入；

ＬＥ（２０腳）：ＤＡＣ數(shù)據(jù)鎖存允許；

ＤＡＴＡ（２１腳）：ＤＡＣ數(shù)據(jù)輸出；

ＵＢ２ Ａｄｊ（２３腳）：選擇高ＤＡＣ位２調(diào)整（－４．２９Ｖ）；

ＬＢ２ Ａｄｊ（２４腳）：選擇低ＤＡＣ位２調(diào)整（－４．２９Ｖ）；

ＶＰＯＴ（２５腳）： 位調(diào)整基準(zhǔn)電壓抽頭（－３．２５Ｖ）；

－ＶＡ（２８腳）：－５Ｖ模擬電源；

ＮＣ（其它）：空腳。

３　工作原理

３．１ 雙ＤＡＣ共線結(jié)構(gòu)

ＰＣＭ６３Ｐ采用的是新型設(shè)計(jì)。它把傳統(tǒng)ＤＡＣ的優(yōu)點(diǎn)（良好的滿量程性能、高信噪比和使用方便）和優(yōu)秀的低電平性能結(jié)合起來(lái)。其內(nèi)部的兩個(gè)ＤＡＣ以互補(bǔ)的方式組合起來(lái)，可以產(chǎn)生良好的線性輸出。這兩個(gè)ＤＡＣ共享基準(zhǔn)源和Ｒ——２Ｒ階梯網(wǎng)絡(luò)，從而保證了在所有條件下的完全跟蹤。它們通過交換ＤＡＣ的個(gè)別位和激光校準(zhǔn)的精密電阻來(lái)使ＤＡＣ之間達(dá)到高精度匹配。

    ＰＣＭ６３Ｐ采用的這種新的互補(bǔ)線性結(jié)構(gòu)也稱雙ＤＡＣ共線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可在兩個(gè)方向上以小的階躍離開零點(diǎn)，從而避免了任何誤操作或“大”的線性誤差，同時(shí)可提供一個(gè)絕對(duì)值電流輸出。ＰＣＭ６３Ｐ的低電平性能確保了它的２０位精度，尤其是在臨界的雙極性零點(diǎn)附近。

３．２ 動(dòng)態(tài)指標(biāo)

ＰＣＭ６３Ｐ的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)指標(biāo)就是總諧波失真＋噪聲（ＴＨＤ＋Ｎ）?ＰＣＭ６３Ｐ以８倍４４．１ｋＨｚ的標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣頻率讀入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)９９１Ｈｚ的正弦波輸出。其音頻轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)范圍可看作是相對(duì)于０ｄＢ的－６０ｄＢ有效輸出信號(hào)電平下的ＴＨＤ＋Ｎ的測(cè)量值。在－９０ｄＢ輸出電平上，ＰＣＭ６３Ｐ對(duì)理想信號(hào)的偏差一般少于±０．３ｄＢ。這些性能體現(xiàn)了ＰＣＭ６３Ｐ共線ＤＡＣ電路在低噪聲和雙極零點(diǎn)附近接近理想的性能。

４　ＰＣＭ６３Ｐ的應(yīng)用

４．１ 數(shù)字輸入

ＰＣＭ６３Ｐ能夠接收與ＴＴＬ兼容的邏輯電平。在輸入線上，采用差動(dòng)電流模式的邏輯輸入結(jié)構(gòu)改善了ＰＣＭ６３Ｐ的抗噪聲干擾能力。ＰＣＭ６３Ｐ的數(shù)據(jù)形式采用的是二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，是最高有效位在前的串行數(shù)據(jù)流。位串中的任何數(shù)字都可以在２０位數(shù)據(jù)前加載，因?yàn)樵冢蹋牛?a href="http://ttokpm.com/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器使能信號(hào)）變低后，只有在它之前的最后２０位數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)移到并行ＤＡＣ寄存器中。

    在ＰＣＭ６３Ｐ芯片中，ＤＡＣ的串行數(shù)據(jù)輸入位都在時(shí)鐘ＣＬＫ的上升沿觸發(fā)，ＤＡＣ的串行到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換是在使能信號(hào)ＬＥ的下降沿進(jìn)行的。其轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如圖３所示。ＰＣＭ６３Ｐ的典型時(shí)鐘速率為１６．９ＭＨｚ。

４．２ 電源與濾波電容

采用內(nèi)部反饋電阻的ＰＣＭ６３Ｐ應(yīng)用電路連接圖見圖４所示，它采用電壓輸出模式。如果不用反饋電阻，ＰＣＭ６３Ｐ的９、１０腳應(yīng)當(dāng)懸空。ＰＣＭ６３Ｐ采用±５Ｖ電源，兩個(gè)正電源應(yīng)接于同一點(diǎn)，負(fù)電源亦應(yīng)如此。同時(shí)應(yīng)在每個(gè)電源引腳處加去耦電容，以使電源干擾抑制最大。兩個(gè)公共點(diǎn)都應(yīng)連到模擬電平面并應(yīng)盡可能靠近芯片。

實(shí)際上，圖４電路對(duì)去耦電容并沒有特別的要求，對(duì)偏置去耦電容的大小要求也不嚴(yán)格，但采用較大值的電容會(huì)有更好的ＳＮＲ性能。另外，電路中的所有電容都應(yīng)盡可能接近芯片引腳以減小從周圍電路中感應(yīng)到的噪聲。