作者：空军工程大学 秦建军许柯
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。
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表1 引脚功能说明
管脚
名称
类型
功能描述
1
Xti
IN
晶体振荡器输入
2
VDDC
-
时钟产生器电源（3.3V）
3
DGNDC
-
时钟产生器数字地
4
VDD
-
数字电源（3.3V）
5
DGND
-
数字地
6
D+
IN/OUT
USB差分输入/输出正极
7
D-
IN/OUT
USB差分输入/输出负极
8
VBUS
IN
USB总线电源（该管脚绝对不消耗USB总线电源）
9
DGNDU
-
USB收发器的数字地
10
PLYBCK
OUT
回放指示标志,低电平有效（低电平：回放;高电平：等待）
11
SSPND
OUT
暂停指示标志,低电平有效（低电平：暂停;高电平,工作）
12
ZERO
OUT
低电平为正常;高电平为0
13
TEST3
IN
测试管脚3,和数字地相连
14
TEST2
IN
测试管脚2,和数字地相连
15
TEST1
IN
测试管脚1,和数字地相连
16
TEST0
IN
测试管脚0,和数字地相连
17
VCCR
-
右通道模拟电源+5V
18
AGNDR
-
右通道模拟地
19
VOUTR
OUT
右通道模拟输出
20
AGND
-
模拟地
21
VCOM
-
数模转换器（DAC）直流共模电压
22
VCC
-
模拟电源+5V
23
VOUTL
OUT
左通道模拟输出
24
AGNDL
-
左通道模拟地
25
VCCL
-
左通道模拟电源+5V
26
AGNDP
-
锁相环电路模拟地
27
VCCP
-
锁相环模拟电源+5V
28
XTO
OUT
晶体振荡器输出
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
参数
条件
PCM2702
单位
最小值
典型值
最大值
分辨率
16
bits
主机接口
支持USB1.0版体,全速
数字信号
音频数据模式
USB步输出
数据位长度
16
数据通道
1,2
采样速率（fs)
32,44.1,48
输入逻辑电平
V1H（1）
2.0
VDC
V1L（1）
0.8
VDC
V1H（2）
0.7VDD
VDC
V1L（2）
0.7VDD
VDC
输入逻辑电流
I1H（1）
VIN=VDD
+65
+100
μA
I1L（1）
VIN=0V
±10
μA
I1H（2）
VIN=VDD
±10
μA
I1H（2）
VIN=0V
±10
μA
输出逻辑电平
VOH（3）
I0H=-1mA
2.8
VDC
VOL（3）
I0L=+1mA
0.5
VDC
动态性能
THD+N(VOUT=0dB)
0.002
0.005
%
THD+N（VOUT=-60dB）
1.2
%
动态范围
EIAJ A-Weighted
96
100
dB
信噪比
EIAJ A-Weighted
100
105
dB
通道隔离
98
103
dB
DC精度
增益误差
±1.0
±3.0
%FSR
通道间的增益失配
±1.0
±3.0
%FSR
两极的零点误差
VOUT=0.5Vcc
±30
±60
mV
模拟输出
输出电压
满刻度（-0dB）
62%Vcc
Vp-p
中心电压
50%Vcc
VDC
负载阻抗
5
kΩ
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。
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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：
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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
USB版本
1.0
0×00（元件决定了接口标准）
0×00（没有具体说明）
0×00（没有具体说明）
终端O的最大数据长度
8位
0×08BB
芯片识别号
0×2702
版本
1.0
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。）
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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。
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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。
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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。
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