DS4201通用串行总线(USB)音频DAC

2006-05-07 15:49:55来源: 国外电子元器件

1 引言

Dallas半导体公司生产的DS4201通用串行总线(USB)音频器件,为解决USB基于数字音频再现接口提供了有效手段。DS4201内含USB核心、立体声16位∑-Δ数/模转换器(DAC)和定点数字信号处理器(DSP)。它可在44.1kHz和48kHz的采集率上通过D/A音频数据处理支持8位和16位的脉码调制(PCM)立体声/单声道格式。其USB核完全遵守V1.0USB规范和音频器件V1.0规范。

2 内部结构及引脚功能

DS4201采用28脚DIP封装(DS4201F采用44脚QFP封装),其引脚排列如图1所示。

DS4201的内部包括USB器件核、振荡器、先进先出(FIFO)电路、16位∑-ΔD/A、衰减/静噪抑制(TTM/MUTE)、电压基准和电源管理等电路,其内部结构框图如图2所示。

表1列出了DS4201的引脚(信号)功能说明。

表1 引脚(信号功能)

引脚号 引脚名称 类  型 功    能
13 D+ I/O USB数据-差分数据对正信相号
12 D- I/O USB数据-差分反相信号
5 SPM I 浮置电源模式(Suspend Power Mode)
25 SUSO O 浮置输出
17 RMIC I 话筒右通道模拟输入
18 LMIC I 话筒左通道模拟输入
15 RAUX I 辅助右通道模拟输入
16 LAUX I 辅助左通道模拟输入
19 ROUT O 右通道模拟音频从混频器输出
20 LOUT O 左通道模拟音频从混频器输出
24 VCM O 所有AC耦合输入的直流偏置点,通常对准中心VREF=0.4VA
23 VREFI I 内部电压参考,应外接一只10μF(或22μF)和0.1μF的滤波电容器
22 VA I 3.0~5.5V模拟电源输入
1 VD I 3.0~5.5V数字电源输入
11 VB I 3.0~3.6V的USB I/F电源输入
4,8,14 DGND I 数字地
21 ANGD I 模拟地
9 X1I I 12.0MHz晶振1输入,也可利用12.0MHz的CMOS时钟源
10 X1O O 晶振1输出
6 X2I I 12.888MHz石英晶振2输入;也可利用12.888MHz的CMOS时钟源
17 X2O O 压电石英晶振2输出
2,3,26,27,28 NC - 不连接,悬空

3 主要特点及参数

3.1 主要特点

DS4201 USB音频器件的主要特点如下:

●符合音频器件的V1.0USB规范;

●内含完整的立体声DAC系统;

●自带模拟后置(post)滤波器;

●具有USB收发功能;

●具有多电源输入和电源管理模式,可为USB数字音频系统提供适当的电源选择;

●具有44.1kHz、48kHz的采样率;

●DAC的输出信噪比大于80dB;

●具有8位和16位脉码调制(PCM)数字数据格式;

●带有高速率12Mbps USB接口;

●可在3.3~5.0V的电压范围内正常工作。

3.2 推荐工作条件

DS4201在工作时,其任何引脚相对于地的电压均应在-0.5~+6.0V的范围内,否则DS4201不能正常工作甚至会损坏,它的工作温度范围为0~70℃;其推荐工作条件如表2所列。

表2 推荐工作条件

参  数 符  号 Min Typ Max 单  位
模拟电源电压,3V工作 VA 3.0 3.3 3.6 V
模拟电源电压,5V工作 VA 4.5 5.0 5.5 V
数字电源电压,3V工作 VD 3.0 3.3 3.6 V
数字电源电压,5V工作 VD 4.5 5.0 5.5 V
USB I/F电源电压 VB 3.0 3.3 3.6 V
输入逻辑0 VIL -0.3 - 0.3 V
输入逻辑1 VIH 2.8 - VD+0.3 V
工作温度 TA 0 25 70

4 基本操作

4.1 输入端(IT)

DS4201使用三个输入端,其中IT(TID1)用于连接终端EP1,以传送USB等时音频流;另一个IT(TID2)端连接到模拟AUX输入;还有一个IT(TID3)则连接到模拟MIC输入。

4.2 扩展单元(XU)

在DS4201中,扩展单元(XU)的XU:UID9可用来选择DAC的1.414Vpp与2.828Vpp两个输出范围。录设定UID9为TRUE(真)时,选择2.828Vpp范围;为FALSE(假)时,则选择1.414Vpp范围。应当说明的是,当DS4201在3V电源工作时,必须选择1.414Vpp范围;而在5V电源工作时,1.414Vpp和2.828Vpp两个范围均可选用。

4.2 特性单元(FU)

特性单元(XU)的XU:UID9可用来选择DAC的1.414Vpp与2.828Vpp两个输出范围。当设定UID9为TRUE(真)时,选择2.828Vpp范围;为FALSE(假)时,则选择1.414Vpp范围。应当说明的是,当DS4201在3V电源工作时,必须选择1.414Vpp范围;而在5V电源工作时,1.414Vpp和2.828Vpp两个范围均可选用。

4.3 特性单元(FU)

特性单元(FU)的作用是对音频信号进行控制。所有的FU均有一个输入和输出脚,因此,音频束可由FU指令来单独或分组控制。

4.4 混频器单元(MU)

MU的功能是将所有输入通道的信号进行混频输出。它可以采用编程方式,也可以采用固定方式。像所有ADC音频单元一样,MU输入脚和输出脚均连接到音频线束。MU中的UID8有3个输入线束,其中每个线束有2个逻辑通道和1个输出线束,因此共有6个逻辑输入和2个逻辑输出。表3列出了DS4201和MU中的UID8相应的控制阵列。

表3 MU中UID8的控制阵列

输入通道 输  出  通  道
1(OUT-L) 2(OUT-R)
1(DAC-L) 1 1
2(DAC-R) 0 1
3(AUX-L) 1 1
4(AUX-R) 0 1
5(MIC-L) 1 1
6(MIC-R) 0 1

4.5 输出端(OT)

ADC输出端(OT)用来输出音频信息。它支持USB IN端和模拟输出。DS4201利用OT中的TID4与MU中的UID8线束相连接,并接到模拟输出端。

4.6 音频流动接口

STREAMING接口用来接收数字PCM音频流(steam),它支持以下6个交替置位(setting):

ALT-0:缺席置位;

ALT-1:16位PCM立体声;

ALT-2:16位PCM单声道;

ALT-3:8位PCM立体声;

ALT-4:8位PCM单声道;

ALT-5:16位PCM立体声。

5 应用电路

5.1 SPM=1时的应用电路

当SPM=1时,DS4201的应用电路如图3所示。所谓SPM=1,是指浮置电源模式(SPM)脚不接地,而是通过一个电阻(10kΩ)接Vcc,以使器件处于高电平状态。DS4201的非USB电源输入为5V,LAUX/RAUX和LMIC/RMIC脚上的模拟输入分别通过R10/R12、R9/R11、R6/R8和R5/R7电阻分压器衰减和电容C18、C16、C14和C12耦合来实现。USB数据分别经电阻R3和R4输入到DS4201的脚D+和D-。USB总线电源VBUS经3.3V的三端稳压器U1施回到VB(USB数字)脚。器件内模拟电路电压由5V电源经电阻R1和脚VA提供。左通道(LOUT)和右通道(ROUT)模拟音频输出经电容C10和C11耦合后作为音频放大器的输入信号。

DS4201需要12.0MHz和12.288MHz两个时钟源。脚X1I与脚X1O之间的晶振Y1及电容C19和C20组成的并联谐振石英晶体振荡器可产生12.0MHz的振荡频率。而DS4201的X2I脚和X2O脚之间的晶振Y2及电容C18和C17组成的石英晶体振荡器所产生的振荡频率为12.288MHz。

5.2 SPM=0时的应用电路

DS4201脚SPM接地(即SPM=0)时的应用电路如图4所示。在该电路中,所有DS4201的电源电压都由USB的VBUS电源经U1调节后,供给其电压为3.3V。当SPM=0时,USB进入悬置状态。AUX和MIC模拟输入不使用,因此功率消耗最小。在这种状态下,DS4201振荡器、∑-Δ模拟、带隙参考、模拟I/O和混频器电器电路均被禁止。从而使振荡器也截止,这样就将USB和∑-Δ电路置于低功率CMOS静止状态。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200605/2502.html
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