采樣率為192kHz的24位AD轉(zhuǎn)換器CS5361原理及應(yīng)用

1、采樣率為192khz的24位ad轉(zhuǎn)換器cs5361原理及應(yīng)用cs5361是crystal公司推出的114db 192khz數(shù)據(jù)輸出率的24位-結(jié)構(gòu)音頻ad轉(zhuǎn)換器,其主要特性如下:采納多位-結(jié)構(gòu);具有24位轉(zhuǎn)換精度;114 db動(dòng)態(tài)范圍;總諧波失真+噪聲優(yōu)于-105 db;系統(tǒng)采樣率高達(dá)192khz;功耗小于150mw;內(nèi)部帶有高通濾波或直流失調(diào)標(biāo)定電路;內(nèi)帶線性相移數(shù)字抗混;支持5v到2.5v規(guī)律電平;采納差動(dòng)輸入結(jié)構(gòu);具有溢出檢測(cè)功能;采納24腳soic或tssop封裝形式cs5361是供數(shù)字音頻系統(tǒng)用法的完整的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,可完成采樣 模數(shù)轉(zhuǎn)換 抗混濾波等功能,并終于產(chǎn)生以串行模式輸出的 對(duì)

2、應(yīng)于左右兩個(gè)輸入通道信號(hào)的24位采樣數(shù)據(jù),而且其最高數(shù)據(jù)輸出率可高達(dá)192khzcs5361芯片采納具有優(yōu)良噪聲抑制能力的差動(dòng)輸入結(jié)構(gòu),并采納5階多位-調(diào)制器,同時(shí)帶有數(shù)字濾波器和抽樣器,從而避開(kāi)了需要外部抗混濾波器的棘手2 cs5361的引腳羅列及功能cs5361采納24腳soic或tssop封裝,引腳羅列圖1所示 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2所示 各引腳的功能如下:rst:低功耗模式挑選端,低電平有效;m/ s:主 從模式挑選引腳,該腳為低電平常,芯片為從工作模式;lrck:該端可用于打算當(dāng)前串行數(shù)據(jù)屬于左通道還是右通道;sclk:串行移位時(shí)鐘端口;mclk:調(diào)制器和數(shù)字濾波器的時(shí)鐘源;vd:芯片數(shù)字

3、電源;gnd:地參考,必需與模擬地相連;vl:數(shù)字輸入輸出部分電源;sdout:串行數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端;mdiv:時(shí)鐘分頻端,該腳為高電平常,主時(shí)鐘被2分頻;hpf:高通濾波器允許端,該腳為低電平常,高通濾波器工作;i2s/lj:數(shù)據(jù)輸出格式挑選端,該腳為高電平常,輸出格式為i2s,否則為左對(duì)齊輸出格式;m0 m1:操作模式挑選端;ovfl:左右通道溢出指示腳;ainl+,ainl-,ainr+,ainr-:分離為左右通道模擬信號(hào)的+ -輸入端;va:+5v模擬電源輸入端;vq:內(nèi)部靜態(tài)參考電壓,用法時(shí)應(yīng)銜接濾波器;refgnd:內(nèi)部采樣電路參考地;filt+:內(nèi)部采樣電路參考電壓3 基本工作原理

4、cs5361轉(zhuǎn)換器工作時(shí),應(yīng)按照工作的詳細(xì)需要確定工作模式 操作模式 輸出格式 高通濾波模式等工作參數(shù),下面分離介紹這些參數(shù)的意義及設(shè)置方式3.1 操作模式及采樣率范圍挑選cs5361轉(zhuǎn)換器的m1 m0引腳狀態(tài)可用于打算芯片的操作模式,通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)牟僮髂Ｊ?可使cs5361的輸出采樣率(fs)在2khz到192khz之間舉行挑選 每種操作模式對(duì)應(yīng)的采樣率范圍如表1所列表1 工作模式與輸出采樣率范圍對(duì)應(yīng)表m1m0操作模式輸出采樣率范圍(khz)00單速模式24801倍速模式489610四速模式9619211保留- - -對(duì)于每種操作模式,芯片的性能可能略有差異,例如,工作在單速模式時(shí),cs53

5、61的數(shù)字濾波器的通帶為00.47fs,阻帶大于0.58fs,阻帶衰減優(yōu)于95db,濾波器群延時(shí)為12/fs(s);工作在倍速模式時(shí),cs5361的數(shù)字濾波器的通帶為00.45fs,阻帶大于0.68fs,阻帶衰減優(yōu)于92db,濾波器群延時(shí)為9/fs(s);工作在四速模式時(shí),cs5361的數(shù)字濾波器的通帶為00.24fs,阻帶大于0.78fs,阻帶衰減優(yōu)于97db,濾波器群延時(shí)為5/fs(s),因此,應(yīng)按照實(shí)際需要適當(dāng)挑選cs5361的操作模式3.2 系統(tǒng)時(shí)鐘mclk和mdiv狀態(tài)當(dāng)cs5361的操作模式確定后,系統(tǒng)時(shí)鐘和mdiv的狀態(tài)將打算詳細(xì)的輸出采樣率(fs) 左右通道時(shí)鐘lrck和串行移

6、數(shù)時(shí)鐘頻率(sclk)對(duì)于單速模式,其采樣率范圍為248khz,因此,當(dāng)mdiv為0時(shí), mclk的范圍應(yīng)為512khz12288khz;而當(dāng)mdiv為1時(shí), mclk的范圍應(yīng)為1024khz24576khz;對(duì)于倍速模式,采樣率范圍為4896khz,故在mdiv為0時(shí), mclk的范圍應(yīng)為6144khz12288khz;為1時(shí)mclk的范圍應(yīng)為12288khz24576khz;對(duì)于四速模式,因?yàn)槠洳蓸勇史秶鸀?6192khz因此,當(dāng)mdiv為0時(shí),mclk的范圍應(yīng)為6144 khz12288khz;而當(dāng)mdiv為1時(shí), mclk的范圍則應(yīng)為12288khz24576khz3.3 主從模式設(shè)置

7、通過(guò)設(shè)置芯片的第2腳為高電平可使cs5361進(jìn)入主模式,反之進(jìn)入從模式 主從模式的區(qū)分在于進(jìn)入主模式時(shí),lrck sclk為輸出信號(hào)?而在從模式時(shí),lrck sclk為輸入信號(hào),并應(yīng)保證lrck sclk與mclk同步,同時(shí)應(yīng)使lrck=fs sclk=64fs,否則將影響器件性能的發(fā)揮 設(shè)計(jì)主從模式的目的在于,多片同步工作時(shí),可以使其中的一片工作于主模式,其它工作于從模式,從模式adc的lrck sclk來(lái)自于主模式的adc,這樣可保證多片adc的同步工作3.4 高通濾波器和直流偏移標(biāo)定因?yàn)閏s5361轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成有數(shù)字高通濾波器 因此,可通過(guò)控制該芯片hpf引腳的狀態(tài)來(lái)控制高通濾波器的工

8、作情況,詳細(xì)的辦法是:當(dāng)hpf為0時(shí),內(nèi)部高通濾波器將延續(xù)記錄通道內(nèi)的低頻信號(hào),并從抽樣濾波器中濾除低于轉(zhuǎn)折頻率的低頻信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)高通濾波功能 此時(shí)高通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為1hz,高通濾波器的建立時(shí)光為105/fs(s);而當(dāng)hpf為1時(shí),高通濾波器記錄的低頻信號(hào)被凍結(jié),并延續(xù)地從抽樣濾波器中被扣除,從而實(shí)現(xiàn)直流偏移校正功能 與cs5361相連的模擬通道在工作時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生小的直流偏移,從而影響cs5361性能的發(fā)揮 因此,可以利用cs5361內(nèi)部集成的數(shù)字高通濾波器將直流偏移校正掉,現(xiàn)將其工作過(guò)程解釋如下:(1) 開(kāi)通高通濾波器,等待起碼105/fs秒的時(shí)光以建立高通濾波功能;(2) 高通濾

9、波器建立后,禁止高通濾波器工作,凍結(jié)直流偏移值,此時(shí)芯片的輸出即為去掉直流偏移后的數(shù)據(jù)應(yīng)該解釋的是:在此過(guò)程中,應(yīng)始終保持cs5361處在正常工作狀態(tài) 假如cs5361進(jìn)入低功耗模式,那么高通濾波器中凍結(jié)的直流偏移值將被復(fù)位,此時(shí)若想實(shí)現(xiàn)直流偏移校正功能,則必需重復(fù)上述過(guò)程圖33.5 數(shù)據(jù)輸出格式控制cs5361的數(shù)據(jù)輸出格式有左對(duì)齊格式和i2s格式 通過(guò)控制i2s/lj腳的狀態(tài)可以挑選數(shù)據(jù)的輸出格式當(dāng)i2s/lj為0時(shí),數(shù)據(jù)輸出格式為左對(duì)齊格式;當(dāng)i2s/lj為1時(shí),數(shù)據(jù)輸出格式為i2s格式 兩種格式的時(shí)序圖3所示4 應(yīng)用同其它高精度ad轉(zhuǎn)換器一樣,cs5361在實(shí)際應(yīng)用時(shí),也應(yīng)特殊注重地線

10、和電源線的布線 設(shè)計(jì)時(shí)必需為va和vl提供整潔的電源,當(dāng)用vd給cs5361內(nèi)部的數(shù)字濾波器供電時(shí),可以通過(guò)一個(gè)從va上獵取,也可以挺直與系統(tǒng)的規(guī)律電源相連 而假如vd從va上獵取,則必需保證vd不再給其它數(shù)字電路供電 電源退耦必需盡可能逼近c(diǎn)s5361,而且應(yīng)使小容量的電容更逼近adc 全部信號(hào),特殊是時(shí)鐘信號(hào)必需遠(yuǎn)離filt+和vq引腳,接在filt+和vq上的退耦電容必需放在與refgnd最近的位置 為了減小數(shù)字信號(hào)干擾,adc的數(shù)字輸出應(yīng)當(dāng)只驅(qū)動(dòng)輸入端 圖4是cs5361的典型應(yīng)用電路銜接圖因?yàn)閍dc只以有限頻率采樣模擬信號(hào),因此,高于一定頻率的信號(hào)可能會(huì)引起假頻信號(hào) 另外,因?yàn)閍dc

11、的輸入阻抗有限,因此,在輸入端還應(yīng)加一定帶寬的阻抗匹配電路,以充實(shí)adc的性能因?yàn)閍dc參考電壓的源阻抗以及外部濾波電容的影響,系統(tǒng)上電后,必需經(jīng)過(guò)一段時(shí)光,參考電壓才干穩(wěn)定,因此,必需等待一段時(shí)光后才干得到精確的測(cè)量結(jié)果 另外在實(shí)際用法cs5361時(shí),還有以下幾點(diǎn)需要注重:(1)cs5361內(nèi)部的數(shù)字濾波器為線性相移濾波器,因此應(yīng)按照這一特點(diǎn)對(duì)不同頻率信號(hào)的相位作出校正;(2)cs5361在開(kāi)頭工作時(shí),因?yàn)橐却秊V波器穩(wěn)定,因此在濾波器穩(wěn)定前可輸出2000個(gè)左右的無(wú)效數(shù)據(jù),無(wú)效數(shù)據(jù)的詳細(xì)個(gè)數(shù)與操作模式有關(guān),此點(diǎn)應(yīng)注重;(3)cs5361從mclk穩(wěn)定到第一個(gè)數(shù)據(jù)浮現(xiàn),有一定的延時(shí),延時(shí)大小與操作模式有關(guān);(4)cs5361轉(zhuǎn)換器的四速模式和倍速模式時(shí)的信號(hào)帶寬幾乎徹低一樣,所不同的是四速模式時(shí)的輸出采樣率更高一些,濾波器的通頻帶也更寬一些,因此在滿足采樣率要求的前提下,應(yīng)盡量采納低速操作模式,實(shí)際用法發(fā)覺(jué):cs5361在低速模式時(shí)的性能優(yōu)于高速模式(5)利用cs5361的高通濾波器舉行直流偏移校正時(shí),它只是去除了做直流標(biāo)定前通道所產(chǎn)生的直流偏移,而對(duì)于在采樣舉行中產(chǎn)生的偏移,此功能不起作用(6)cs