面向非音頻專家的音頻信號(hào)鏈設(shè)計(jì)

從對(duì)應(yīng)用的重要性角度來研究音頻組件

在本文中，我們將開始對(duì)音頻產(chǎn)品規(guī)范進(jìn)行解碼，旨在找到適合于音頻應(yīng)用的最佳產(chǎn)品——并非越高級(jí)越好，而是以滿足產(chǎn)品要求為關(guān)鍵，就像手套要適合手一樣。

轉(zhuǎn)換器
音頻轉(zhuǎn)換器分為三大類：模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 以及集成于同一器件 (CODEC) 的 ADC 和 DAC。在軟件環(huán)境下，編解碼器與用于編碼和解碼 MP3 格式的軟件相類似。但在硬件環(huán)境下，它是一種連接模擬域的接口。

控制接口
控制接口多種多樣。一些簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器一般使用硬件控制接口。控制引腳通常連接 VDD、GND 或 GPIO 處理器引腳。如果您的系統(tǒng)不會(huì)改變配置，或者您的處理器空間有大量的 GPIO，則這就是一種最簡(jiǎn)單的開始方法。永久性硬件設(shè)置（在您設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)配置）會(huì)卸載掉您可能必須利用軟件控制轉(zhuǎn)換器寫入的一個(gè)多余軟件驅(qū)動(dòng)器。硬件驅(qū)動(dòng) ADC 和 DAC 的一些例子包括 PCM1803/ PCM1789。

軟件控制接口一般可由 I2C 或 SPI 串行端口來驅(qū)動(dòng)，在一些微處理器和 DSP 上可以看到這些端口。在軟件模式中驅(qū)動(dòng)的一些器件通常擁有比其硬件控制版本更高的靈活性。軟件控制轉(zhuǎn)換器通常有一些內(nèi)部寄存器，可從某個(gè)外部源對(duì)這些寄存器進(jìn)行寫入操作。從總體系統(tǒng)解決方案的角度來看，一定程度地增加了混頻 (mix) 的復(fù)雜性。

盡管如此，還是有一些小技巧可以讓其更為簡(jiǎn)單：您可以對(duì)您的“驅(qū)動(dòng)器”進(jìn)行寫入操作，以在運(yùn)行期間改變?cè)O(shè)置；您也可以轉(zhuǎn)存所有的配置或?qū)⒋a寄存到閃存中。這樣，在啟動(dòng)期間，將全部配置發(fā)送出加電串行端口。

動(dòng)態(tài)范圍、SNR 和 THD+N
用于衡量產(chǎn)品性能（不僅僅是轉(zhuǎn)換器，而且包括整個(gè)信號(hào)鏈）的音頻標(biāo)準(zhǔn)由音頻工程協(xié)會(huì) (AES) 定義：“AES17-1998 (r2004)：數(shù)字音頻工程 AES 標(biāo)準(zhǔn)方法——數(shù)字音頻設(shè)備測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（AES17-1991修訂版）”。

這些測(cè)試均基于滿量程（最大輸入/輸出）與背景噪聲水平的差。例如，使用一個(gè) 1 kHz 的滿量程以下 -60dB 的輸入，然后測(cè)量背景噪聲，從而實(shí)現(xiàn)信噪比 (SNR) 或動(dòng)態(tài)范圍（在轉(zhuǎn)換器中也是一樣的）的測(cè)試。就 THD+N 測(cè)量而言，工程師在滿量程以下 -1 dB 運(yùn)行測(cè)試設(shè)備 (DUT)，然后進(jìn)行類似測(cè)量。我建議您下載 AES 文檔，并仔細(xì)閱讀一遍。

由于大多數(shù)輸出信號(hào)鏈均要求一個(gè)音頻轉(zhuǎn)換器和音頻放大器，而音頻放大器一般會(huì)帶來其自有的噪聲，因此需指定一種高出您要求的轉(zhuǎn)換器。CD 音質(zhì)常被稱作 96-dB 動(dòng)態(tài)范圍（實(shí)際數(shù)可能略高，但基本計(jì)算方法是比特?cái)?shù)乘以 6，即16 bits x6=96 dB）。

ADC 都很相似。在理想情況下，通過使用一款可將最高電平輸入信號(hào)變?yōu)榍『迷?ADC 滿量程輸入以下的輸入放大器就可獲得最佳質(zhì)量的輸入轉(zhuǎn)換。這樣便可得到轉(zhuǎn)換器的最佳 SNR 性能。

如何指定適合于您系統(tǒng)的音頻轉(zhuǎn)換器的相關(guān)信息資料，可訪問 TI E2E 社區(qū)論壇式討論音頻社區(qū)，或者請(qǐng)參閱“為何要使用一款更好的DAC？”以及“了解卓越的專業(yè)音頻設(shè)計(jì)：逐塊法”（兩篇文章均在“音頻DesignLine”）。

作者簡(jiǎn)介
Dafydd Roche 現(xiàn)任 TI 高性能模擬產(chǎn)品部家庭娛樂和專業(yè)音頻產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理。Dafydd 畢業(yè)于約克大學(xué) (University of York (UK))，他把在音頻和音樂制造方面的全部知識(shí)都傾注了他的工作中，從而有助于設(shè)計(jì)人員和消費(fèi)者獲得更清晰的輸入和更高的輸出!