[讨论] 24比特/192kHz6通道D/A变换器CS4360及其应用

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摘要：介绍CirrusLogic公司开发的D/A变换器CS4360的特点、特性、引脚功能、典型连接电路及Popguard新技术应用。

　

1前言

　　CirrusLogic公司推出的CS4360型电路是一个完整的6通道数/模变换系统，它包括数字内插、4阶ΔΣ数/模变换、数字去加重、音量控制、通道混合以及模拟滤波，内部电路结构如图1所示。这种结构的长处是：理想的差分线性、没有因电阻失配误差而引起的失真、没有线性漂移以及较高的时钟抖动容限。

　　CS4360接受取样频率为4kHz～200kHz的音频数据，功耗低，工作电压范围宽，适用于多通道音频系统，包括DVD插放机、A/V接收机、机顶盒、数字电视、数字VCR和混合控制台等。

2主要特点

　　（1）24比特变换

　　（2）102dB动态范围

　　（3）总谐波失真与噪声之和：－90dB

　　（4）＋3V～＋5V电源

　　（5）数字音量控制

　　——119dB衰减

　　——1dB/级

　　——过零无喀呖声过渡

　　（6）低功耗：105mW(采用3V电源时)

　　（7）ATAPI混合

　　（8）较低的时钟抖动灵敏度

　　（9）用于控制喀呖声和爆破音的Popguard技术

　　（10）采用28脚SOIC封装（CS4360?KS和CS4360?BS）和28脚TSSOP封装（CS4360?KZ和CS4360?BZ）

表5给出的是CS4360的数字特性（对于CS4360?KS/KZ,TA=－10℃～＋70℃;对于CS4360?BS/?BZ,TA=－40℃～＋85℃,VD=2.0V～5.5V,VLC=VLS=1.8V～5.5V）。

 

图1CS4360的内部电路框图

图2CS4360的引脚排列

4引脚排列及功能

　　图2为CS4360的引脚排列图，下面简要说明各个引脚的功能。

　　1脚：串行音频接口电源——确定串行音频接口所需的信号电平

　　2脚：串行音频数据输入（SDIN1对应AOUT1x,SDIN2对应AOUT2x,SDIN3对应AOUT3x）

　　3脚：串行音频数据输入

　　4脚：串行音频数据输入

　　5脚：串行音频接口用串行时钟

　　6脚：左/右时钟——确定在串行音频数据线上目前使用的是哪一个通道。左/右时钟的频率必须为音频取样频率fS

表1CS4360的主要特性

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
满幅输出电压		0.6VA	0.66VA	0.72VA	VPP
静态电压	VQ	－	0.5VA	－	VDC
静态引脚外接负载	IQ	－	－	TBD	VDC
通道间增益失配		－	0.1	－	dB
增益漂移		－	100	－	10－6/℃
AC负载电阻	RL	3	－	－	kΩ
负载电容	CL	－	－	100	pF
输出阻抗	ZOUT	－	100	－	Ω
通道间隔离（1kHz）		－	102	－	dB

表2CS4360的输出特性

参数	符号	VA=5V			VA=3V			单位
		最小值	典型值	最大值	最小值	典型值	最大值
CS4360－KS/－KZ动态特性?1
规定的温度范围	TA	－10	－	70	－10	－	70	℃
动态范围非加权A加权40kHz带宽A加权		TBDTBD－	99102100	－－－	TBDTBD－	949797	－－－	dBdBdB
总谐波失真与噪声之和0dB－20dB－60dB	THD＋N	－－－	－91－79－39	TBD－－	－－－	－91－74－34	TBD－－	dBdBdB
CS4360－BS/－BZ动态特性?2
规定的温度范围	TA	－40	－	85	－40	－	85	℃
动态范围非加权A加权40kHz带宽A加权		TBDTBD－	99102100	－－－	TBDTBD－	949797	－－－	dBdBdB
总谐波失真与噪声之和0dB－20dB－60dB	THD＋N	－－－	－91－79－39	TBD－－	－－－	－91－74－34	TBD－－	dBdBdB

?1：CS4360－KS/－KZ的测试温度为25℃；?2：CS4360－BS/－BZ的测试温度为－40℃和85℃。

表3CS4360的滤波器特性

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
数字和片上模拟滤波器组合特性—单速方式
通带至－0.05dB转角至－3dB转角		00	－－	0.45350.4998	fSfS
频率响应10Hz～20kHz		－0.02	－	＋0.035	dB
阻带		0.5465	－	－	fS
阻带衰减?1		50	－	－	dB
群延迟	tgd	－	9/fS	－	S
通带群延迟偏差0～20kHz		－	±0.36/fS	－	S
去加重误差fS=32kHz控制端口方式fS=44.1kHz＊2fS=48kHzfS=32kHz独立方式fS=44.1kHzfS=48kHz		－－－－－－	－－－－－－	0.2/－0.1＋0.05/－0.14＋0/－0.22＋1.5/－0＋0.05/－0.14＋0.2/－0.4	dBdBdBdBdBdB
数字和片上模拟滤波器组合特性—倍速方式
通带至－0.1dB转角至－3dB转角		00	－－	0.46210.4982	fSfS
频率响应10Hz～20kHz		－0.1	－	0	dB
阻带		0.577	－	－	fS
阻带衰减		55	－	－	dB
群延迟	tgd	－	4/fS	－	S
通带群延迟偏差0～20kHz		－	±0.23/fS	－	S
数字和片上模拟滤波器组合特性—4倍速方式
通带至－3dB转角		0	－	0.25	fS
频率响应10Hz～20kHz		－0.7	－	0	dB
群延迟	tgd	－	1.5/fS	－	S

?1：对于单速方式，测量带宽为0.5465fS至3fS，对于倍速方式，测量带宽为0.577fS至1.4fS;?2:去加重仅在单速方式下可用。

3模拟特性和数字特性

　　表1～表4列出了CS4360的主要模拟特性（除非另有说明，否则满幅输出正弦波，997Hz对于单速方式：fS=48kHz,SCLK=3.072MHz,MCLK=12.288

MHz;对于倍速公式：fS=96kHz,SCLK=6.144MHz,MCLK=12.288MHz；对于4倍速方式：fS= 192kHz,SCLK=12.288MHz,MCLK=24.576MHz;测量带宽为10Hz～20kHz。测试负载RL=10kΩ，CL= 10pF,VA=VD=VLS=VLC)。

　　7脚：主时钟—ΔΣ调制器和数字滤波器用时钟脉冲源。表6、表7和表8给出几种标准的音频取样频率及所需的主时钟频率

　　8脚：数字部分用正电源

　　9脚：地。应与模拟地相连

　　10脚：复位

　　11脚：在控制端口方式下为串行控制端口时钟，在双线方式下需外接一个上接电阻至逻辑接口电压（参见图3）；在独立方式下为数字接口格式DIF——左/右时钟之间以及串行时钟与串行数据之间所需的关系由数字接口格式选择来规定，参见表9。

　　12脚：在控制端口方式下串行控制数据——SDA在双线方式下为数据输入/输出线，需外接一个上接电阻至逻辑接口电压（参见图3）。在SPI格式中，CDIN为控制端口接口用输入数据线；在独立方式下为数字接口格式。

　　13脚：在控制端口方式下为地址位0（双线）/控制端口芯片选择（SPI）；在独立方式下为方式选择，用于确定器件的工作方式（见表10）。

　　14脚：控制端口接口电源——确定控制端口所需的信号电平并为双向控制端口引脚提供电源。

表4CS4360的电源特性 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 电源电流正常操作，所有电源=5V所有电源=3V接口电流断电状态（所有电源） IAIDIAIDILSILCIpd －－－－－－－ 222521140.0020.0020.016 －－－－－－－ mAmAmAmAmAmAmA 功耗所有电源=5V正常操作断电状态所有电源=3V正常操作断电状态 　 －－－－ 2350.0801050.048 TBD－TBD－ mWmWmWmW 电源抑制比（1kHz）(60Hz) PSRRPSRR －－ 6040 －－ dBdB 表5CS4360的数字特性 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 高电平输入电压串行音频数据端口控制端口 VIHVIH 70％70％ －－ －－ VLSVLS 低电平输入电压串行音频数据端口控制端口 VILVIL －－ －－ 20％20％ VLSVLC 输入泄漏电流 Iin － － ±10 mA 输入电容 　 － 8 － pF 最大MUTEC驱动电流 　 － 3 － mA MUTEC高电平输出电压 VOH 　 VA 　 V MUTEC低电平输出电压 VOL 　 0 　 V

表6单速方式公用时钟频率

取样频率/kHz	MCLK(MHz)
	256x	384x	512x	768x	1024x?
32	8.1920	12.2880	16.3840	24.5760	32.7680
44.1	11.2896	16.9344	22.5792	32.7680	45.1584
48	12.2880	18.4320	24.5760	36.8640	49.1520

?要求MCLKDIVbit=1

表7倍速公式公用时钟频率

取样频率/kHz	MCLK(MHz)
	128x	192x	256x	384x	512x?
64	8.1920	12.2880	16.3840	24.5760	32.7680
88.2	11.2896	16.9344	22.5792	32.7680	45.1584
96	12.2880	18.4320	24.5760	36.8640	49.1520

?要求MCLKDIVbit=1

表8四倍速方式公用时钟频率

取样频率/kHz	MCLK(MHz)
	64x	96x	128x	192x	256x?
176.4	11.2896	16.9344	22.5792	33.8688	45.1584
192	12.2880	18.4320	24.5760	36.8640	49.1520

?要求MCLKDIVbit=1

表9数字接口格式——独立方式

DIF1	DIF0	说明
0	0	左对齐，24比特数据
0	1	I2S，24比特数据
1	0	右对齐，16比特数据
1	1	左对齐，24比特数据

表10方式选择

M2	M1	方式
0	0	单速（不采用去加重处理，4kHz～50kHz取样频率）
0	1	单速（采用去加重处理，32kHz～48kHz取样频率）
1	0	倍速（50kHz～100kHz取样频率）
1	1	四倍速（100kHz～200kHz取样频率）

　　15脚：方式选择

　　16脚：内部取样电路用正电压基准

　　17脚：内部静态电压用滤波器连接

　　18脚：静噪控制

　　19脚：模拟输出

　　20脚：模拟输出

　　21脚：地

　　22脚：模拟部分用正电源

　　23脚：模拟输出

　　24脚：模拟输出

　　25脚：静噪控制 

　　26脚：模拟输出

　　27脚：模拟输出

　　28脚：静噪控制

5Popguard过渡控制

　　CS4360采用了一种能够极大限度地减轻加电和断电过程中的瞬态效应的新技术Popguard,辅以与音频输出相串联的外接隔直电容器，该技术可以把单端单电源变换器常产生的音频瞬态效应降至最低程度。

　　当CS4360开始加电时，音频输出AOUTAx和AOUTBx被箝位至GND。在延迟约1000个取样周期后，每个输出开始向静态电压倾斜。大约10000个时钟周期之后，输出电压达到VQ，音频输出开始。这一平缓的电压倾斜为外接隔直电容器充电至静态电压提供了时间，从而最大限度地减轻了加电瞬态效应。

　　为了防止断电时的瞬态效应，CS4360必须首先进入断电状态。此刻，音频输出停止，内部输出缓冲器被与AOUAx和AOUTBx断开，代之以软启动电流吸收器，使隔直电容器缓慢放电。放电一结束，即将CS4360的电源关断，整个系统便为下一次加电做好了准备。

　　为了防止在下一次加电时出现音频瞬态效应，需要确保在关断电源或退出断电状态之前隔直电容器充分放电。否则当音频输出一开始被箝位至 GND时就会发生瞬态效应。该器件保持在断电状态的时间与隔直电容器的容量有关，比如，采用3.3μF电容器时，最少的断电状态时间大约为0.4S。

6典型连接方式

　　图3示出CS4360的标准应用连接电路。