带有USB接口的16位立体声数模转换器PCM2702

    摘要：PCM2702是Burr-Brown公司新近推出的一种带有USB接口的16位立体声数模转换器芯片。文中简要分析了该芯片的性能特点和工作原理，最后给出了PCM2702的典型应用电路。

1 引言

PCM2702是一块单片数模转换芯片。它有两个数模转换输出通道和一个一体化的USB接口控制器。该接口符合USB1.0标准。PCM2702采用最新开发研制的SPAct TM（采样期内自适应控制跟踪）系统。该系统能够从USB接口的音频数据中分离出一个稳定的、偏差较小的时钟信号以协调PLL和DAC工作。

PCM2702主要由三部分组成：一个是Burr-Brown公司研制的增强型多层次δ-σ调制器，一个是8×重复采样数字插值滤波器，还有一个模拟输出低通滤波器。

PCM2702可以接收48kHz、44kHz和32kHz采样速率的16位立体声或单声道音频数据，芯片内部集成有数字电位器的软件静音功能，通过USB的音频等级需求可以控制电位器和静音功能。

2 性能特点

2.1 管脚排列及功能

图1所示为PCM2702的引脚排列，表1为引脚功能说明。

表1 引脚功能说明

2.2 性能特点

PCM2702的主要特点如下：

●具有一体化的USB接口。该USB接口完全符合USB1.0标准，其全速数据传输率可达12Mb/s，且具有同步传送适配模式，并自带供电装置。

●可接收16位立体声和单声道USB音频数据流。

●模拟性能（Vcc=5V）

动态范围为100dB；

信噪比：150dB（典型值）；

THD+N：0.002%；

满刻度输出为3.1Vp。

●具有8×重复采样数字滤波器。

●采样速率（fs）可选用32kHz、44.1kHz或48kHz。

●内部集成有独立的12MHz时钟发生器。

●具有多媒体功能。

●采用双电源供电。其中模拟部分为+5V；数字部分为+3.3V。

●采用SSOP-28封装形式。

2.3 电气参数

表2所列为PCM2702的性能参数。表中的参数除特殊说明外，均在下列条件下测试：

表2 PCM2702的性能参数

TA=25℃，Vcc=VCCL=VCCR=VCCP=5.0V，VDD=VDDC=3.3V，fs=44.0MHz，信号频率1kHz，16位数据。管脚8、13、14、15、16分别为VBUS、TEST3、TEST2、TEST1和TEST0；管脚10、11、12、28分别是PLYBCK、SSPND、ZERO和XTO。

参数中的动态性能限决于标准主机的信号质量，并随系统不同面不同，动态性能的各项参数是用一台Shibasoku#725 THD测量仪测得的。该仪器的特点是带有400Hz的高通滤滤器、30kHz的低通滤波器、通用模式且具有20kHz的带宽限制。通过交流耦合器的模拟输出端负载为5kΩ或更大。

3 工作原理

图2所示是PCM2702的组成框图，各部分工作原理如下：

3.1 USB接口

该USB接口符合串行共用总线修订版1.0版标准。

控制信号和音频数据信号均通过D+（6脚）和D-（7脚）送入PCM2702中心。所有数据都以全速输入或输出。USB总电源VBUS（8脚）和USB数字地DGNDU（9脚）均与USB总线相连，由于VBUS仅用来分离芯片与USB总线的连接，所以VBUS不消耗USB总线电源功率。表3是USB接口的有关信息。

表3 USB接口信息

3.2 元件结构

图3是USB音频功能逻辑框图，PCM2702有两个接口，每一个接口都由一些可供选择的设置组成。接口#0有一个备选设置，备选设置#0是一标准的音频控制接品，该接口有一个端口。PCM2702有一下列三个端口，输入端口（IT）、输出端口）OT）和功能单元（FU）。输入端口定义为“USB”数据流（端口类型0×0101），输入端口可以接2个通道的音频流，这2个通道分别可作为音频流的左右声道的压缩数据传输通道。输出端口为“扬声器”端口（端口类型0×0301。）

功能控制单元支持音量控制和静音控制功能。内建的数字音量控制电位器可根据音频级别的具体要求以步进量为1.0dB在0.0dB～64.0dB之间进行调节。每个声道可独立设置，同时也支持主音量控制，内建的数字静音控制器也可以根据音频等级的具体要求进行操作，以支持主静音控制，但不支持单独的声道进行调节控制。

接口#1有3个可选择的设置：#0备选设置是零带宽设置；#1设置是16位立体声设置，它是一个可操作性设置；#2设置是16位单声道设置，也是一个可操作性设置。PCM2702有两个终端，即：控制终端（EP#0）和同步音频数据流终端（EP#2）。控制终端是默认终端，常用来根据标准USB需求和USB音频等级的具体需求对PCM2702的所有功能进行控制。同步音频数据流终端是音频吸收终端，它接收来自PCM的音频数据流和接收重配的传输模式。

3.3 时钟和重置电路

PCM2702需要一个12MHz（±500ppm）的时钟来协调USB和音频功能控制部分的工作。该时钟信号可由内部集成的12MHz晶振提供，也可以及XTI（脚1）输入12MHz内部时钟信号（如图4所示），12MHx晶体谐振器与一个1MΩ电阻和两个小电容一起连至XTI和XTO，电容值的大小取决于具体的晶体谐振器的负载。如果使用内部时钟则应从XTI输入，而且XTO必须悬空，XTI脚时钟信号的逻辑电平为+3.3V，而不是5V。图5是外部12MHz时钟连接电路。

PCM2702包含一个内部电源接通恢复电路。当VDD电平大于2.0V时，该电路将自动恢复起始数字逻辑电平，整个过程大约需要350μs。为确保接电时序的正常工作，VDD电压必须在10ms内升至2.0V。

3.4 接口时序

● 电源接通，连接和回放时序

当电路完成起始电平的恢复并在USB总线接通后，PCM2702设置准备完毕。当建立和USB总线的连接后，PCM2702准备接收USB音频数据。在等待音频数据送来时，模拟输出设置为双零点零标志，ZERO（脚12）为高电平。

当接收到音频数据后，PCM2702将第一批数据包（含1ms的音频数据）存贮到一个内部存贮器中，当检测到头帧后，PCM2702开始回放。

●播放停止和分离时序

当主机完成或停止音频回放时，PCM将在最后传输的音频数据接收后停止播放，PCM2702的播放停止和分离时序如图6所示。

3.5 PLYBCK、SSPND和ZERO标志

PLYBCK、SSPND和ZERO标志定义如下：

PLYBCK：当PCM音频输入数据正在播放时，PLYBCK（脚10）为低电平效；

SSPND：USB接口处于挂起状态时，SSPND（脚11）低电平有效。

ZERO：如果PCM音频输入数据持续102个采样周期为0，则进入ZERO状态。ZERO（脚12）为高电平有效。

4 应用

PCM2702可用于标准的独立USB音频扬声器、CRT/LCD一体化USB音频场声器，USB音频放大器等各种USB音频设备中。图7为种PCM2702的典型应用电路。