DS4201通用串行總線（USB）音頻DAC

1 引言

DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS4201通用串行總線（USB）音頻器件，為解決USB基于數(shù)字音頻再現(xiàn)接口提供了有效手段。DS4201內(nèi)含USB核心、立體聲16位∑-Δ數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）和定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。它可在44.1kHz和48kHz的采集率上通過D/A音頻數(shù)據(jù)處理支持8位和16位的脈碼調(diào)制（PCM）立體聲/單聲道格式。其USB核完全遵守V1.0USB規(guī)范和音頻器件V1.0規(guī)范。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

DS4201采用28腳DIP封裝（DS4201F采用44腳QFP封裝），其引腳排列如圖1所示。

DS4201的內(nèi)部包括USB器件核、振蕩器、先進(jìn)先出（FIFO）電路、16位∑-ΔD/A、衰減/靜噪抑制（TTM/MUTE）、電壓基準(zhǔn)和電源管理等電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

表1列出了DS4201的引腳（信號(hào)）功能說明。

表1 引腳（信號(hào)功能）

3 主要特點(diǎn)及參數(shù)

3.1 主要特點(diǎn)

DS4201 USB音頻器件的主要特點(diǎn)如下：

●符合音頻器件的V1.0USB規(guī)范；

●內(nèi)含完整的立體聲DAC系統(tǒng)；

●自帶模擬后置（post）濾波器；

●具有USB收發(fā)功能；

●具有多電源輸入和電源管理模式，可為USB數(shù)字音頻系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)碾娫催x擇；

●具有44.1kHz、48kHz的采樣率；

●DAC的輸出信噪比大于80dB；

●具有8位和16位脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式；

●帶有高速率12Mbps USB接口；

●可在3.3～5.0V的電壓范圍內(nèi)正常工作。

3.2 推薦

工作條件

DS4201在工作時(shí)，其任何引腳相對(duì)于地的電壓均應(yīng)在-0.5～+6.0V的范圍內(nèi)，否則DS4201不能正常工作甚至?xí)p壞，它的工作溫度范圍為0～70℃；其推薦工作條件如表2所列。

表2 推薦工作條件

4 基本操作

4.1 輸入端（IT）

DS4201使用三個(gè)輸入端，其中IT（TID1）用于連接終端EP1，以傳送USB等時(shí)音頻流；另一個(gè)IT（TID2）端連接到模擬AUX輸入；還有一個(gè)IT（TID3）則連接到模擬MIC輸入。

4.2 擴(kuò)展單元（XU）

在DS4201中，擴(kuò)展單元（XU）的XU：UID9可用來選擇DAC的1.414Vpp與2.828Vpp兩個(gè)輸出范圍。錄設(shè)定UID9為TRUE（真）時(shí)，選擇2.828Vpp范圍；為FALSE（假）時(shí)，則選擇1.414Vpp范圍。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)DS4201在3V電源工作時(shí)，必須選擇1.414Vpp范圍；而在5V電源工作時(shí)，1.414Vpp和2.828Vpp兩個(gè)范圍均可選用。

4.2 特性單元（FU）

特性單元（XU）的XU：UID9可用來選擇DAC的1.414Vpp與2.828Vpp兩個(gè)輸出范圍。當(dāng)設(shè)定UID9為TRUE（真）時(shí)，選擇2.828Vpp范圍；為FALSE（假）時(shí)，則選擇1.414Vpp范圍。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)DS4201在3V電源工作時(shí)，必須選擇1.414Vpp范圍；而在5V電源工作時(shí)，1.414Vpp和2.828Vpp兩個(gè)范圍均可選用。

4.3 特性單元（FU）

特性單元（FU）的作用是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行控制。所有的FU均有一個(gè)輸入和輸出腳，因此，音頻束可由FU指令來單獨(dú)或分組控制。

4.4 混頻器單元（MU）

MU的功能是將所有輸入通道的信號(hào)進(jìn)行混頻輸出。它可以采用編程方式，也可以采用固定方式。像所有ADC音頻單元一樣，MU輸入腳和輸出腳均連接到音頻線束。MU中的UID8有3個(gè)輸入線束，其中每個(gè)線束有2個(gè)邏輯通道和1個(gè)輸出線束，因此共有6個(gè)邏輯輸入和2個(gè)邏輯輸出。表3列出了DS4201和MU中的UID8相應(yīng)的控制陣列。

表3 MU中UID8的控制陣列

4.5 輸出端（OT）

ADC輸出端（OT）用來輸出音頻信息。它支持USB IN端和模擬輸出。DS4201利用OT中的TID4與MU中的UID8線束相連接，并接到模擬輸出端。

4.6 音頻流動(dòng)接口

STREAMING接口用來接收數(shù)字PCM音頻流（steam），它支持以下6個(gè)交替置位（setting）：

ALT-0：缺席置位；

ALT-1：16位PCM立體聲；

ALT-2：16位PCM單聲道；

ALT-3：8位PCM立體聲；

ALT-4：8位PCM單聲道；

ALT-5：16位PCM立體聲。

5 應(yīng)用電路

5.1 SPM=1時(shí)的應(yīng)用電路

當(dāng)SPM=1時(shí)，DS4201的應(yīng)用電路如圖3所示。所謂SPM=1，是指浮置電源模式（SPM）腳不接地，而是通過一個(gè)電阻（10kΩ）接Vcc，以使器件處于高電平狀態(tài)。DS4201的非USB電源輸入為5V，LAUX/RAUX和LMIC/RMIC腳上的模擬輸入分別通過R10/R12、R9/R11、R6/R8和R5/R7電阻分壓器衰減和電容C18、C16、C14和C12耦合來實(shí)現(xiàn)。USB數(shù)據(jù)分別經(jīng)電阻R3和R4輸入到DS4201的腳D+和D-。USB總線電源VBUS經(jīng)3.3V的三端穩(wěn)壓器U1施回到VB（USB數(shù)字）腳。器件內(nèi)模擬電路電壓由5V電源經(jīng)電阻R1和腳VA提供。左通道（LOUT）和右通道（ROUT）模擬音頻輸出經(jīng)電容C10和C11耦合后作為音頻放大器的輸入信號(hào)。

DS4201需要12.0MHz和12.288MHz兩個(gè)時(shí)鐘源。腳X1I與腳X1O之間的晶振Y1及電容C19和C20組成的并聯(lián)諧振石英晶體振蕩器可產(chǎn)生12.0MHz的振蕩頻率。而DS4201的X2I腳和X2O腳之間的晶振Y2及電容C18和C17組成的石英晶體振蕩器所產(chǎn)生的振蕩頻率為12.288MHz。

5.2 SPM=0時(shí)的應(yīng)用電路

DS4201腳SPM接地（即SPM=0）時(shí)的應(yīng)用電路如圖4所示。在該電路中，所有DS4201的電源電壓都由USB的VBUS電源經(jīng)U1調(diào)節(jié)后，供給其電壓為3.3V。當(dāng)SPM=0時(shí)，USB進(jìn)入懸置狀態(tài)。AUX和MIC模擬輸入不使用，因此功率消耗最小。在這種狀態(tài)下，DS4201振蕩器、∑-Δ模擬、帶隙參考、模擬I/O和混頻器電器電路均被禁止。從而使振蕩器也截止，這樣就將USB和∑-Δ電路置于低功率CMOS靜止?fàn)顟B(tài)。