便攜式醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀器，助聽器和安全監(jiān)控設(shè)備都是必須使用電池供電并持續(xù)運(yùn)行很長時(shí)間的產(chǎn)品的例子。它將串行數(shù)字輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為濾波，緩沖，低失真，增益控制的立體聲模擬輸出。其異步主時(shí)鐘，一個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL），允許它接收來自各種信號(hào)源的數(shù)據(jù)，時(shí)鐘頻率從28 kHz到52 kHz（使用外部27 MHz晶振），抑制采樣時(shí)鐘抖動(dòng)

非常適合許多應(yīng)用，包括數(shù)字有線電視和直播衛(wèi)星機(jī)頂盒解碼器盒，視頻CD播放器，CD-I播放器，高清電視，數(shù)字音頻廣播單片機(jī)AD1859包括（圖1）可變速率過采樣數(shù)字插值濾波器，創(chuàng)新的多位sigma-delta [接收器具有抖動(dòng)的Σ-Δ]調(diào)制器，耐抖動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），開關(guān)電容和連續(xù)時(shí)間模擬濾波器，模擬輸出驅(qū)動(dòng)電路以及片內(nèi)直流電壓基準(zhǔn)28引腳SOIC或SSOP封裝。片上音量控制（系統(tǒng)成本節(jié)?。┌Ⅲw聲衰減器和靜音，完全通過SPI兼容的串行控制端口進(jìn)行編程。

? SPI是Motorola的注冊(cè)商標(biāo)， Inc 。

AD1859提供特殊優(yōu)勢(shì)的典型應(yīng)用，MPEG音頻，需要三種不同的采樣率：32-，44.1-和48 kHz。對(duì)于典型的sigma-delta音頻DAC，設(shè)計(jì)人員必須提供外部時(shí)鐘電路來合成與這三個(gè)采樣頻率中的每一個(gè)相關(guān)的“主時(shí)鐘”。 AD1859是第一個(gè)具有異步主時(shí)鐘的音頻DAC，這項(xiàng)任務(wù)得以簡化。所需要的只是一個(gè)27 MHz的時(shí)鐘（外部提供或使用外部27 MHz晶振在芯片上生成）; AD1859的鎖相環(huán)可自動(dòng)適應(yīng)不同的輸入采樣率，從而節(jié)省大量系統(tǒng)成本。 DPLL將在100到200ms內(nèi)鎖定任何新的采樣率（應(yīng)用于左右時(shí)鐘引腳）;在采樣頻率之上和之下超過15Hz的抖動(dòng)分量在每倍頻程6dB處被拒絕（例如，在高于或低于采樣率的150Hz處的抖動(dòng)降低20dB）。

保證的性能特性包括A-weight濾波器的最小動(dòng)態(tài)范圍為88dB（無濾波器為85.7dB），以及最大的總諧波失真＆amp;音頻頻段的噪聲（THD + N）為-84dB（0.0063％），20 Hz至20 kHz。圖2是THD + N與-0.5-dBFS幅度頻率的典型曲線圖。圖3是-90-dB，1-kHz音調(diào)的FFT，伴隨著時(shí)域圖，展示了在這種低水平下的諧波，雜散和量化效應(yīng)的自由度，這是模擬系統(tǒng)的典型特征，但難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

AD1859獨(dú)有的另一個(gè)功能是創(chuàng)新的多位sigma-delta調(diào)制器（見側(cè)欄），有助于抑制時(shí)鐘抖動(dòng)，提高系統(tǒng)可聽性并降低帶外能量，系統(tǒng)成本節(jié)省。

通過靈活的串行數(shù)據(jù)輸入端口，AD1859的接口非常簡單，可以與各種ADC，DSP，AES / EBU接收器和樣品進(jìn)行無縫互連 - 轉(zhuǎn)換器。多功能串行數(shù)據(jù)輸入端口可配置為左對(duì)齊，I 2 S對(duì)齊，右對(duì)齊和DSP串行端口兼容模式。該芯片接受MSB優(yōu)先，二進(jìn)制補(bǔ)碼格式的16或18位音頻數(shù)據(jù)。 AD1859支持連續(xù)可變的采樣率，并具有基本線性（在±0.1％以內(nèi)）的相位響應(yīng)。模擬輸出級(jí)可選擇去加重，只需添加少量外部元件即可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的采樣率不變，降噪。 （圖4）

省電模式（48mW與330mW）可最大限度地降低設(shè)備處于非活動(dòng)狀態(tài)時(shí)的功耗。整個(gè)立體聲數(shù)字音頻播放子系統(tǒng)采用+ 5V單電源供電，工作溫度范圍為-40°C至+ 105°C;它采用28引腳SOIC和SSOP封裝。

AD1859性能的關(guān)鍵

AD1859具有出色的保真度和低電平線性度，大大降低了電路復(fù)雜性，可輕松連接到DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）和ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），降低了數(shù)字音頻播放系統(tǒng)的功耗和成本。

它與傳統(tǒng)設(shè)備有兩個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別特征。首先是其獨(dú)特的DPLL（數(shù)字鎖相環(huán)）時(shí)鐘管理器。這是一個(gè)異步采樣率管理器，可自動(dòng)調(diào)整到輸入采樣頻率，并允許AD1859的時(shí)鐘頻率與其主時(shí)鐘不同。它基于ADI公司開發(fā)的專利異步采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)（ Analog Dialogue 28-1,1994，pp.9-11）。到目前為止，沒有其他音頻DAC具備此功能。其他音頻DAC（數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器）需要經(jīng)過良好調(diào)諧的高頻主時(shí)鐘，其運(yùn)行速率為預(yù)期音頻采樣率的256或384倍。這種高頻同步時(shí)鐘的產(chǎn)生和管理對(duì)于板級(jí)設(shè)計(jì)人員來說是很麻煩的。

外部異步時(shí)鐘振蕩器可用于提供AD1859的主時(shí)鐘;然而，AD1859包含一個(gè)片內(nèi)振蕩器，因此設(shè)計(jì)人員只需提供廉價(jià)的石英晶體或陶瓷諧振器作為外部時(shí)基。 AD1859的板載DPLL將在大約100 ms內(nèi)鎖定其主時(shí)鐘頻率的1/512和1/1024之間的任何輸入采樣率。晶體時(shí)基或MCLK輸入上的抖動(dòng)被拒絕（通過片上開關(guān)電容濾波器），以及輸入LRCLK輸入上的抖動(dòng)達(dá)到音頻DAC中前所未有的水平。

AD1859的第二個(gè)差異化特性是其獲得專利的多位Σ-Δ調(diào)制器，與競爭對(duì)手的IC相比，其帶外噪聲能量大幅降低。較低的帶外噪聲能量減少了對(duì)DAC后濾波的需求，因此所有必要的后DAC濾波（可選模擬去加重除外）都集成在芯片上。多位Σ-Δ調(diào)制器的另一個(gè)特性是它對(duì)數(shù)字基板噪聲的高抗擾性，進(jìn)一步提高了音頻信號(hào)的完整性。

什么是多位Σ-Δ調(diào)制器？在基本方法中，典型的Σ-Δ調(diào)制器具有兩級(jí)量化，并且DAC必須平均脈沖寬度調(diào)制的滿量程方波;但在AD1859的情況下，使用了17個(gè)量化級(jí)別，并且平均濾波器的輸入可以被認(rèn)為是平滑17級(jí)樓梯的1/16滿量程元素的更容易的任務(wù)。此外，AD1859以輸入采樣率的128倍對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，是傳統(tǒng)速率的兩倍。額外的量化等級(jí)和更高的過采樣率意味著輸出頻譜包含極低水平的帶外噪聲能量;允許更簡單的后DAC重建濾波器。其降低的過渡帶陡度和衰減要求導(dǎo)致較低的相位失真和提高的保真度。

是否有缺點(diǎn)？傳統(tǒng)上限制多位Σ-Δ轉(zhuǎn)換器性能的問題是用于對(duì)量化電平求和的無源電路元件的非線性。設(shè)計(jì)師發(fā)明了一種革命性的架構(gòu)，克服了 1 的問題。

芯片的其他有趣特征包括使用具有三角概率分布函數(shù)的抖動(dòng)來進(jìn)一步降低量化噪聲;片內(nèi)低通濾波由2階開關(guān)電容濾波器組成，后面是一階模擬連續(xù)時(shí)間濾波器。除了濾除噪聲外，它還可以減少任何殘留主時(shí)鐘抖動(dòng)的影響。

AD1859設(shè)計(jì)于馬薩諸塞州威爾明頓，由Bob Adams，Tom Kwan和Bob Libert設(shè)計(jì)。我們的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品部。

參考電路

1 參見“具有異步主控的立體聲多位Σ-ΔDAC-時(shí)鐘界面“，湯姆關(guān)，鮑勃亞當(dāng)斯和鮑勃利伯特，1996年IEEE國際固態(tài)電路會(huì)議記錄。