基于音頻分壓計(jì)DS1808實(shí)現(xiàn)音頻應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

DS1808是MAXIM公司推出的一種新型雙通道、數(shù)字控制式、對(duì)數(shù)斜率音頻分壓計(jì)，為需要低THD和串?dāng)_的應(yīng)用提供高性能的立體聲音量控制。利用±12V的電源，它的信號(hào)擺幅能力可以達(dá)到24Vp-p，而且它允許低端接地以簡(jiǎn)化用戶的設(shè)計(jì)。DS1808有33個(gè)檔位，提供從0dB到60dB的衰減，而且它的靜噪功能還能提供大于90dB的衰減。通過(guò)一條2線接口就可以控制DS1808，該接口提供的地址可以讓多達(dá)8個(gè)DS1808同時(shí)連接在一條2線總線上。本文將通過(guò)硬件和軟件的實(shí)踐介紹DS1808在音頻系統(tǒng)中的應(yīng)用。

應(yīng)用雙電源數(shù)字分壓器的基本音頻電路

在很多情況下，如信號(hào)的電壓范圍在分壓計(jì)電源電壓范圍內(nèi)，而且需要的輸出電流小于分壓計(jì)的額定電流時(shí)，雙電源數(shù)字分壓計(jì)可以直接替換機(jī)械式分壓計(jì)。圖1所示為一個(gè)應(yīng)用DS1808的簡(jiǎn)單音頻電路。

只要輸入電壓小于Vcc且大于Vb，該電路就能正常工作。輸入信號(hào)是由音頻源耦合來(lái)的交流信號(hào)，在輸出端串聯(lián)了一個(gè)電容，從而保證了輸出信號(hào)也是交流耦合信號(hào)。根據(jù)2線總線設(shè)定的DS1808內(nèi)部寄存器狀態(tài)，DS1808將對(duì)通過(guò)輸入端電容后的音頻信號(hào)進(jìn)行衰減。DS1808的刻度為對(duì)數(shù)斜率刻度，從0dB到12dB每檔衰減1dB，從14dB到36dB每檔衰減2dB，從39dB到60dB每檔衰減3dB。DS1808內(nèi)部寄存器的最后一個(gè)狀態(tài)為靜噪，可以提供大于90dB的衰減。分壓計(jì)刮片的輸出信號(hào)將由固定增益為7.8V/V（17.8dB）運(yùn)算放大器放大。該運(yùn)算放大器用做電壓緩沖器，因?yàn)槠漭斎胱杩购艽?，所以通過(guò)設(shè)計(jì)可以使DS1808的刮片電流小于規(guī)定的1mA。

DS1808的軟件

通過(guò)一個(gè)2線接口來(lái)控制DS1808。2線是類(lèi)似于I2C的簡(jiǎn)單協(xié)議，可以很容易地用一片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。DS1808有兩個(gè)開(kāi)放的集電極I/O線，分別稱(chēng)為SDA（串口數(shù)據(jù)）和SCL（串口時(shí)鐘）線。當(dāng)總線處于未使用狀態(tài)時(shí)，通常將這兩條線接3V或5V電源，置于高電平。單片機(jī)和作為從設(shè)備的DS1808都可以將數(shù)據(jù)置于總線上，但只有作為主設(shè)備的單片機(jī)才能控制時(shí)鐘速率。

所有簡(jiǎn)單任務(wù)均可由2線設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，如獲取總線的控制權(quán)（開(kāi)始狀態(tài)）、讀/寫(xiě)1個(gè)字節(jié)、確認(rèn)DS1808的握手過(guò)程和釋放總線（停止?fàn)顟B(tài)）。DS1808先使用一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議來(lái)檢測(cè)其是否已經(jīng)被編址，然后才執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)。

地址和數(shù)據(jù)協(xié)議

雖然2線允許多個(gè)從設(shè)備連接在同一條總線上，但是必須為連接在總線上的不同部分進(jìn)行編址，使每一部分都有一個(gè)惟一的地址字節(jié)。在發(fā)送一條新信息之前，首先發(fā)送地址字節(jié)，這樣只有指定的部分才能接收該信息，并響應(yīng)此次通信。

DS1808的地址字節(jié)如表1所示。第7至第4位始終為“0101”，第3、2、1位對(duì)應(yīng)于器件上的地址引腳（引腳2、3、5）狀態(tài)。外部地址引腳的狀態(tài)至多可以確定8個(gè)惟一的地址，所以在一條總線上至多可以連接8個(gè)DS1808。第0位用于確定一個(gè)讀操作或?qū)懖僮魇欠癜l(fā)生。在讀/寫(xiě)位后，總線將提供一個(gè)時(shí)鐘周期低電平確認(rèn)信號(hào)，確認(rèn)作為從設(shè)備的DS1808。該信號(hào)為主設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)，它表明一個(gè)從設(shè)備已經(jīng)驗(yàn)證了它的地址，并開(kāi)始處理信息。在發(fā)信過(guò)程中，將首先發(fā)送所有字節(jié)中的最高字節(jié)。

表1 DS1808的地址

Bit7（MSB）6543210ACK

0101A2A1A0R=1，W=0Slave ACK

發(fā)送完地址字節(jié)后，DS1808將開(kāi)始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式如表2所示。第7位指示位置占有，在寫(xiě)操作時(shí)置為0或1，在讀操作時(shí)置為0。第6位是分壓計(jì)通道選擇位，用于選擇編址DS1808中的兩個(gè)分壓計(jì)。若該位為0，分壓計(jì)0將被編址；若為1，分壓計(jì)1將被編址。第5至0位用于設(shè)置分壓計(jì)的位置。

表2 DS1808分壓計(jì)控制字節(jié)內(nèi)容

Bit7（MSSSB）6543210ACK

0Port=0，

Port=1

DayaACK

（NACK在

只讀過(guò)程

中的最后

一個(gè)字節(jié)）

應(yīng)用DS1808的改進(jìn)電路

DS1808是低THD、低串?dāng)_的音頻分壓計(jì)。其典型的THD僅為0.0006%，20kHz時(shí)的典型串?dāng)_為-105dB。圖2所示電路是一個(gè)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證實(shí)效果很好的硬件設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是放大級(jí)在DS1808之前，這樣任何可能存在的開(kāi)關(guān)噪聲將不會(huì)在放大級(jí)被放大；二是刮片和地之間連接了一個(gè)小電容，它將濾掉任何可能存在的開(kāi)關(guān)噪聲。

該電路輸入信號(hào)的限制條件與圖1中電路相同，信號(hào)的電壓范圍在分壓計(jì)電源電壓范圍內(nèi)，否則會(huì)產(chǎn)生削頂失真。經(jīng)試用證明，該電路在音響系統(tǒng)中的工作效果很好，這是因?yàn)槠溥\(yùn)算放大器具有較高的阻抗，在輸入電容后的50kΩ接地電阻可以為放大器提供一個(gè)直流偏壓。缺少該電阻，則輸入將會(huì)漂移至某個(gè)非零狀態(tài)，并導(dǎo)致音頻信號(hào)失真。

總結(jié)

在很多系統(tǒng)中，通常將DS1808置于系統(tǒng)放大級(jí)之后，從而改善系統(tǒng)的信噪比。刮片到地連接一個(gè)小電容，用來(lái)過(guò)濾部分開(kāi)關(guān)噪聲。另外，DS1808內(nèi)部沒(méi)有過(guò)零探測(cè)器，因此其調(diào)節(jié)音量的步進(jìn)最佳值為1dB。

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