20位单片音频数模转换器PCM63P的应用

1 概述

PCM63P是BB公司采用独特双DAC共线结构生产的超低失真20位精密DAC芯片｡该结构可消除有害的数模感应干扰误差和其它双极性零点附近的非线性,因此,PCM63P的噪声非常低?最大SNR为116dB?同时具有16倍的过采样率和快速建立时间电流输出?2mA阶跃时为200ns ｡下面是PCM63P的主要特点:

●是一种共线的20位音频DAC;

●可近于理想地在低电平工作;

●输出无数模感应干扰;

●可快速(200ns)电流输出(±2ms);

●带有工业标准的串行输入接口;

●超低失真,最大-96dB(无外部调整);

●带有基准源;

●最小SNR为116dB(按加权方式计算);

●具有16倍过采样能力｡

2 结构功能

图1所示是PCM63P数模转换芯片的内部结构框图｡图2则给出了其引脚排列,各管脚的功能说明如下:





CAP(1脚):伺服放大器去耦电容接入端;

+VA(2脚):+5V模拟电源;

CAP(3脚):基准去耦电容接入端;

CAP(4脚):失调去耦电容端;

BPO(5脚):双极性偏置电流输出端口,典型偏置电流输出为+2mA;

IOUT(6脚):DAC电流输出;

ACOM(7脚):模拟公共端;

RF1(9脚): 反馈接入端;

RF2(10脚): 该脚与9脚之间在芯片内部接有1.5kΩ反馈电阻以用于外部反馈;

-VD(11脚):-5V数字电源;

DCOM(12脚):数字公共端;

+VD(13脚):+5V数字电源;

CLK(18脚):DAC数据时钟输入;

LE(20脚):DAC数据锁存允许;

DATA(21脚):DAC数据输出;

UB2 Adj(23脚):选择高DAC位2调整(-4.29V);

LB2 Adj(24脚):选择低DAC位2调整(-4.29V);

VPOT(25脚): 位调整基准电压抽头(-3.25V);

-VA(28脚):-5V模拟电源;

NC(其它):空脚｡

3 工作原理

3.1 双DAC共线结构

PCM63P采用的是新型设计｡它把传统DAC的优点(良好的满量程性能､高信噪比和使用方便)和优秀的低电平性能结合起来｡其内部的两个DAC以互补的方式组合起来,可以产生良好的线性输出｡这两个DAC共享基准源和R——2R阶梯网络,从而保证了在所有条件下的完全跟踪｡它们通过交换DAC的个别位和激光校准的精密电阻来使DAC之间达到高精度匹配｡

PCM63P采用的这种新的互补线性结构也称双DAC共线结构,该结构可在两个方向上以小的阶跃离开零点,从而避免了任何误操作或“大”的线性误差,同时可提供一个绝对值电流输出｡PCM63P的低电平性能确保了它的20位精度,尤其是在临界的双极性零点附近｡

3.2 动态指标

PCM63P的一个重要动态指标就是总谐波失真+噪声(THD+N)?PCM63P以8倍44.1kHz的标准音频采样频率读入数字数据,从而实现991Hz的正弦波输出｡其音频转换的动态范围可看作是相对于0dB的-60dB有效输出信号电平下的THD+N的测量值｡在-90dB输出电平上,PCM63P对理想信号的偏差一般少于±0.3dB｡这些性能体现了PCM63P共线DAC电路在低噪声和双极零点附近接近理想的性能｡

4 PCM63P的应用

4.1 数字输入

PCM63P能够接收与TTL兼容的逻辑电平｡在输入线上,采用差动电流模式的逻辑输入结构改善了PCM63P的抗噪声干扰能力｡PCM63P的数据形式采用的是二进制补码形式,是最高有效位在前的串行数据流｡位串中的任何数字都可以在20位数据前加载,因为在LE(寄存器使能信号)变低后,只有在它之前的最后20位数据才能转移到并行DAC寄存器中｡

在PCM63P芯片中,DAC的串行数据输入位都在时钟CLK的上升沿触发,DAC的串行到并行数据的转换是在使能信号LE的下降沿进行的｡其转换时序图如图3所示｡PCM63P的典型时钟速率为16.9MHz｡



4.2 电源与滤波电容



采用内部反馈电阻的PCM63P应用电路连接图见图4所示,它采用电压输出模式｡如果不用反馈电阻,PCM63P的9､10脚应当悬空｡PCM63P采用±5V电源,两个正电源应接于同一点,负电源亦应如此｡同时应在每个电源引脚处加去耦电容,以使电源干扰抑制最大｡两个公共点都应连到模拟电平面并应尽可能靠近芯片｡

实际上,图4电路对去耦电容并没有特别的要求,对偏置去耦电容的大小要求也不严格,但采用较大值的电容会有更好的SNR性能｡另外,电路中的所有电容都应尽可能接近芯片引脚以减小从周围电路中感应到的噪声｡