1、采樣率為192khz的24位ad轉換器cs5361原理及應用cs5361是crystal公司推出的114db 192khz數據輸出率的24位-結構音頻ad轉換器,其主要特性如下:采納多位-結構;具有24位轉換精度;114 db動態范圍;總諧波失真+噪聲優于-105 db;系統采樣率高達192khz;功耗小于150mw;內部帶有高通濾波或直流失調標定電路;內帶線性相移數字抗混;支持5v到2.5v規律電平;采納差動輸入結構;具有溢出檢測功能;采納24腳soic或tssop封裝形式cs5361是供數字音頻系統用法的完整的模數轉換器,可完成采樣 模數轉換 抗混濾波等功能,并終于產生以串行模式輸出的 對

2、應于左右兩個輸入通道信號的24位采樣數據,而且其最高數據輸出率可高達192khzcs5361芯片采納具有優良噪聲抑制能力的差動輸入結構,并采納5階多位-調制器,同時帶有數字濾波器和抽樣器,從而避開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 芯片內部結構圖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:該端可用于打算當前串行數據屬于左通道還是右通道;sclk:串行移位時鐘端口;mclk:調制器和數字濾波器的時鐘源;vd:芯片數字

3、電源;gnd:地參考,必需與模擬地相連;vl:數字輸入輸出部分電源;sdout:串行數據信號輸出端;mdiv:時鐘分頻端,該腳為高電平常,主時鐘被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:數據輸出格式挑選端,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的+ -輸入端;va:+5v模擬電源輸入端;vq:內部靜態參考電壓,用法時應銜接濾波器;refgnd:內部采樣電路參考地;filt+:內部采樣電路參考電壓3 基本工作原理

4、cs5361轉換器工作時,應按照工作的詳細需要確定工作模式 操作模式 輸出格式 高通濾波模式等工作參數,下面分離介紹這些參數的意義及設置方式3.1 操作模式及采樣率范圍挑選cs5361轉換器的m1 m0引腳狀態可用于打算芯片的操作模式,通過設置適當的操作模式,可使cs5361的輸出采樣率(fs)在2khz到192khz之間舉行挑選 每種操作模式對應的采樣率范圍如表1所列表1 工作模式與輸出采樣率范圍對應表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,cs53

5、61的數字濾波器的通帶為00.47fs,阻帶大于0.58fs,阻帶衰減優于95db,濾波器群延時為12/fs(s);工作在倍速模式時,cs5361的數字濾波器的通帶為00.45fs,阻帶大于0.68fs,阻帶衰減優于92db,濾波器群延時為9/fs(s);工作在四速模式時,cs5361的數字濾波器的通帶為00.24fs,阻帶大于0.78fs,阻帶衰減優于97db,濾波器群延時為5/fs(s),因此,應按照實際需要適當挑選cs5361的操作模式3.2 系統時鐘mclk和mdiv狀態當cs5361的操作模式確定后,系統時鐘和mdiv的狀態將打算詳細的輸出采樣率(fs) 左右通道時鐘lrck和串行移

6、數時鐘頻率(sclk)對于單速模式,其采樣率范圍為248khz,因此,當mdiv為0時, mclk的范圍應為512khz12288khz;而當mdiv為1時, mclk的范圍應為1024khz24576khz;對于倍速模式,采樣率范圍為4896khz,故在mdiv為0時, mclk的范圍應為6144khz12288khz;為1時mclk的范圍應為12288khz24576khz;對于四速模式,因為其采樣率范圍為96192khz因此,當mdiv為0時,mclk的范圍應為6144 khz12288khz;而當mdiv為1時, mclk的范圍則應為12288khz24576khz3.3 主從模式設置

7、通過設置芯片的第2腳為高電平可使cs5361進入主模式,反之進入從模式 主從模式的區分在于進入主模式時,lrck sclk為輸出信號?而在從模式時,lrck sclk為輸入信號,并應保證lrck sclk與mclk同步,同時應使lrck=fs sclk=64fs,否則將影響器件性能的發揮 設計主從模式的目的在于,多片同步工作時,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定因為cs5361轉換器內部集成有數字高通濾波器 因此,可通過控制該芯片hpf引腳的狀態來控制高通濾波器的工

8、作情況,詳細的辦法是:當hpf為0時,內部高通濾波器將延續記錄通道內的低頻信號,并從抽樣濾波器中濾除低于轉折頻率的低頻信號,從而實現高通濾波功能 此時高通濾波器的轉折頻率為1hz,高通濾波器的建立時光為105/fs(s);而當hpf為1時,高通濾波器記錄的低頻信號被凍結,并延續地從抽樣濾波器中被扣除,從而實現直流偏移校正功能 與cs5361相連的模擬通道在工作時,可能會產生小的直流偏移,從而影響cs5361性能的發揮 因此,可以利用cs5361內部集成的數字高通濾波器將直流偏移校正掉,現將其工作過程解釋如下:(1) 開通高通濾波器,等待起碼105/fs秒的時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,凍結直流偏移值,此時芯片的輸出即為去掉直流偏移后的數據應該解釋的是:在此過程中,應始終保持cs5361處在正常工作狀態 假如cs5361進入低功耗模式,那么高通濾波器中凍結的直流偏移值將被復位,此時若想實現直流偏移校正功能,則必需重復上述過程圖33.5 數據輸出格式控制cs5361的數據輸出格式有左對齊格式和i2s格式 通過控制i2s/lj腳的狀態可以挑選數據的輸出格式當i2s/lj為0時,數據輸出格式為左對齊格式;當i2s/lj為1時,數據輸出格式為i2s格式 兩種格式的時序圖3所示4 應用同其它高精度ad轉換器一樣,cs5361在實際應用時,也應特殊注重地線

10、和電源線的布線 設計時必需為va和vl提供整潔的電源,當用vd給cs5361內部的數字濾波器供電時,可以通過一個從va上獵取,也可以挺直與系統的規律電源相連 而假如vd從va上獵取,則必需保證vd不再給其它數字電路供電 電源退耦必需盡可能逼近cs5361,而且應使小容量的電容更逼近adc 全部信號,特殊是時鐘信號必需遠離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 為了減小數字信號干擾,adc的數字輸出應當只驅動輸入端 圖4是cs5361的典型應用電路銜接圖因為adc只以有限頻率采樣模擬信號,因此,高于一定頻率的信號可能會引起假頻信號 另外,因為adc

11、的輸入阻抗有限,因此,在輸入端還應加一定帶寬的阻抗匹配電路,以充實adc的性能因為adc參考電壓的源阻抗以及外部濾波電容的影響,系統上電后,必需經過一段時光,參考電壓才干穩定,因此,必需等待一段時光后才干得到精確的測量結果 另外在實際用法cs5361時,還有以下幾點需要注重:(1)cs5361內部的數字濾波器為線性相移濾波器,因此應按照這一特點對不同頻率信號的相位作出校正;(2)cs5361在開頭工作時,因為要等待濾波器穩定,因此在濾波器穩定前可輸出2000個左右的無效數據,無效數據的詳細個數與操作模式有關,此點應注重;(3)cs5361從mclk穩定到第一個數據浮現,有一定的延時,延時大小與操作模式有關;(4)cs5361轉換器的四速模式和倍速模式時的信號帶寬幾乎徹低一樣,所不同的是四速模式時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,應盡量采納低速操作模式,實際用法發覺:cs5361在低速模式時的性能優于高速模式(5)利用cs5361的高通濾波器舉行直流偏移校正時,它只是去除了做直流標定前通道所產生的直流偏移,而對于在采樣舉行中產生的偏移,此功能不起作用(6)cs