Texas Instruments PCM5120-Q1 2通道Burr-Brown?音频ADC可对同时多达两个模拟通道或四个数字通道进行采样，用于脉冲密度调制 (PDM) 麦克风输入。PCM5120-Q1提供线路和麦克风输入，支持单端和差分输入配置。该器件集成了可编程通道增益、数字音量控制、可编程麦克风偏置电压、锁相环 (PLL)、可编程高通滤波器 (HPF)、双四路滤波器和低延迟滤波器模式。它允许高达768kHz的采样率。ACD提供时分多路复用（TDM）、^I2S^或左对齐（LJ）音频格式，并可通过^I2C^接口进行控制。

数据手册：*附件：Texas Instruments PCM5120-Q1 2通道Burr-Brown?音频ADC数据手册.pdf

这些集成的高性能特性，加上可由3.3V或1.8V单电源供电，使得TI PCM5120-Q1 ADC非常适合用于远场麦克风录制应用中空间受限的音频系统。

PCM5120-Q1采用20引脚WQFN封装，额定温度范围为-40°C至+125°C。

特性

• 多通道高性能ADC：
  • 2通道模拟麦克风或线路输入
  • 4通道数字PDM麦克风
  • 多达2x模拟通道和多达2x数字麦克风通道
• ADC线路和麦克风差分输入性能：
  • 动态范围（DR）：
    • 支持120dB动态范围增强器 (DRE)
    • 108dB，DRE禁用
  • –95dB THD+N
• ADC通道求和模式，DR性能：
  • 111dB，DRE禁用，2通道求和
• ADC输入电压：
  • 差分，2VRMS 满量程输入
  • 单端，1VRMS 满量程输入
• ADC采样率（f S ）= 8kHz至768kHz
• 可编程通道设置：
  • 通道增益：0dB至42dB（0.5dB步进）
  • 数字音量控制：–100dB至27dB
  • 增益校准，分辨率0.1dB
  • 相位校准，分辨率为163ns
• 可编程麦克风偏置或电源电压生成
• 低延迟信号处理滤波器选择
• 可编程HPF和双四通道数字滤波器
• 自动增益控制器 (AGC)
• 语音活动检测 (VAD)
• ^I2C^控制接口
• 集成式高性能音频PLL
• 自动时钟分频器设置配置
• 音频串行数据接口：
  • TDM、^I2S^或左对齐（LJ）格式
  • 字长度为16位、20位、24位或32位
  • 主接口或从接口
• 3.3V或1.8V单电源运行
• 3.3V或1.8V I/O电源运行
• 1.8V AVDD电源在48kHz采样率下的功耗为9.5mW/通道

简化框图

功能框图

高性能音频ADC PCM5120-Q1技术解析与应用指南

一、PCM5120-Q1概述

PCM5120-Q1是德州仪器(TI)推出的一款Burr-Brown?系列2通道、768kHz采样率的高性能音频模数转换器(ADC)，专为汽车和工业音频应用设计。该器件采用WQFN封装(20引脚，3mm×3mm)，工作温度范围-40°C至+125°C，符合汽车级质量标准。

?主要特性?：

• 支持2通道模拟麦克风/线路输入或4通道数字PDM麦克风输入
• 动态范围(DRE启用时)：120dB；DRE禁用时：108dB
• THD+N：-95dB
• 可编程增益范围：0dB至42dB，步进0.5dB
• 数字音量控制：-100dB至27dB
• 支持TDM、I2S或左对齐(LJ)音频格式
• 集成高性能PLL和时钟发生器
• 单电源供电：3.3V或1.8V
• 低功耗：9.5mW/通道(48kHz采样率)

二、关键功能解析

1. 模拟前端设计

PCM5120-Q1提供灵活的输入配置：

• ?差分/单端输入?：支持2VRMS差分或1VRMS单端全尺度输入
• ?可编程输入阻抗?：2.5kΩ、10kΩ或20kΩ可选
• ?直流/交流耦合?：支持两种耦合方式，内置快速充电电路
• ?共模抑制?：高达60dB的CMRR性能

典型连接方式包括：

• 单端DC耦合：INxP接信号，INxM直接接地
• 单端AC耦合：INxP通过电容接信号，INxM通过电容接地
• 差分AC耦合：INxP和INxM通过电容分别接信号正负端

2. 数字处理链

PCM5120-Q1集成了完整的数字信号处理链：

1. ? 可编程增益放大器(PGA) ?：0-42dB增益，0.5dB步进
2. ? 动态范围增强器(DRE) ?：可扩展动态范围至120dB
3. ? 自动增益控制(AGC) ?：目标电平-36dB至-6dB可调
4. ?数字滤波器?：
   • 可编程高通滤波器(HPF)
   • 多达12个可配置双二阶滤波器
   • 三种抽取滤波器可选(线性相位/低延迟/超低延迟)
5. ?数字音量控制?：-100dB至+27dB范围

3. 时钟架构

器件提供灵活的时钟方案：

• ?主/从模式?：可配置为时钟主设备或从设备
• ?PLL支持?：集成低抖动PLL，支持多种参考时钟
• ?自动时钟检测?：自动识别FSYNC频率和BCLK比率
• ?多采样率支持?：8kHz至768kHz，兼容48kHz和44.1kHz系列

三、典型应用设计

1. 汽车主动降噪系统

PCM5120-Q1非常适合汽车主动降噪(ANC)应用：

• 高动态范围(120dB)可捕捉车内各种声压级的噪声
• 多麦克风输入支持4路PDM麦克风阵列
• 低延迟处理模式(<7个采样周期)确保实时性
• 宽温度范围(-40°C至+125°C)适应汽车环境

?设计要点?：

• 使用差分输入配置提高抗干扰能力
• 启用DRE功能处理大动态范围的噪声信号
• 选择低延迟数字滤波器减少系统延迟
• 合理布局麦克风偏置电路，避免串扰

2. 车载信息娱乐系统

在车载音响和通讯系统中，PCM5120-Q1可提供：

• 高品质语音采集，支持免提通话
• 多区域音频采集，用于乘客区语音控制
• 支持多种数字音频接口，便于与主处理器连接

四、设计注意事项

1. ?电源设计?：
   • 使用低噪声LDO为模拟部分供电
   • AVDD和DVDD之间保留≥10μF去耦电容
   • VREF引脚必须连接1μF以上滤波电容
2. ?布局布线?：
   • 保持模拟信号走线短且对称
   • 数字和模拟地分开布局，单点连接
   • 麦克风偏置走线避免公共阻抗
3. ?性能优化?：
   • 高保真应用建议使用线性相位滤波器
   • 低延迟应用选择超低延迟模式
   • 适当配置DRE参数平衡动态范围和失真

五、评估与调试

TI提供完整的评估套件和支持工具：

• ?EVM评估板?：快速验证器件性能
• ?PurePath控制台?：图形化配置工具
• ?参考设计?：包括原理图、布局和固件示例

?常见问题排查?：

1. 无信号输出：检查PLL锁定状态和电源序列
2. 噪声过大：验证接地设计和电源去耦
3. 失真偏高：调整输入电平或启用DRE功能