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[资料] WM8976带扬声器驱动程序的低功耗编解码器
2020-7-14 15:31:06  161 adc 解码器
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  特征
  立体声编解码器
  DAC SNR 98dB,THD-84dB(‘A’加权@48kHz)
  ADC信噪比90dB,总谐波失真-80dB(‘A’加权@48kHz)
  带“无盖”选项的片上耳机驱动程序
  -40mW输出功率输入16Ω/3.3V SPKVDD
  8ΩBTL扬声器/5V SPKVDD的0.9W输出功率
  -能够驱动压电扬声器
  -立体声扬声器驱动器配置
  麦克风前置放大器:
  差分或单端话筒接口
  -可编程前置放大器增益
  -具有共模抑制的Psuedo差分输入
  -ADC通道中的可编程ALC/噪声门
  为驻极体话筒提供低噪声偏置
  其他特点:
  增强的三维功能可改善立体声分离效果
  数字回放限制器
  5波段均衡器(录音或回放)
  可编程ADC高通滤波器(风噪声降低)
  可编程ADC陷波滤波器
  立体声模拟输入信号或“哔”声的辅助输入
  支持12、13、19.2兆赫和其他时钟的片上锁相环
  低功率、低电压
  -2.5V至3.6V(数字核心:1.8V至3.6V)
  -功耗《30mW,全部开启,2.5V电源
  5x5mm 32针QFN封装
  应用
  立体声摄像机或数码相机
  
  建议的上/下电顺序为了最小化输出弹出和点击噪声,建议使用WM8976设备使用以下顺序之一上下电:
  不使用输出1.5x升压级时通电:
  1。打开外部电源。等待电源电压稳定。
  2。设置BIASEN=1,BUFIOEN=1以及电源管理中的VMIDSEL[1:0]位
  1个寄存器。R1=0x00D.*参考注释1和2。
  3。等待VMID供应结算。*参见注2。
  4。设置VROI=1。R49=0x003。
  5。设置L/Route1en=1。R1=0x180。
  6。设置L/RMIXEN和dachen=1。R3=0x00F。
  7。根据需要启用其他混合器。
  8。根据需要启用其他输出。使用输出1.5x升压级时通电:
  1。打开外部电源。等待电源电压稳定。
  2。设置BIASEN=1,BUFIOEN=1,BUFDCOPEN=1以及电源管理1寄存器。R1=0x10D.*参考注释1和2。
  3。等待VMID供应结算。*参见注2。
  4。设置VROI=1和SPKBOOST=1。R49=0x007。
  5。设置L/ROUT2EN=1,L/RMIXEN=1和dachen=1。R3=0x06F.*注3。
  6。根据需要启用其他混合器。
  7。根据需要启用其他输出。断电(所有情况下):
  1。通过设置R1[8:0]=0x00禁用电源管理寄存器1。
  2。禁用所有其他输出阶段。
  3。卸下外部电源。
  笔记:
  1。此步骤启用内部设备偏移缓冲区和未分配的VMID缓冲区输入/输出。这将为所有输入和输出提供启动参考电压。这个遗嘱使输入和输出向VMID倾斜(不使用输出1.5x boost)或1.5x(AVDD/2)(使用输出1.5x boost)以可控制和可预测的方式(见注2)。
  2。根据启动时间选择VMIDSEL位的值(VMIDSEL=10表示最慢启动,VMIDSEL=11表示最快的启动)。启动时间由VMIDSEL的值定义位(参考阻抗)和VMID上的外部去电容。
  三。在x1.5增压模式下运行时,将DACEN设置为关闭将导致VMID电压降至AVDD/2中轨电平并导致输出弹出。为了避免这种情况,从混频器输入中取消选择DAC在禁用DAC之前。
  除上电顺序外,建议使用过零功能更改PGA中的音量以避免听到任何砰的一声或咔嗒声。
  ADC上下电顺序(不按比例)
  
  笔记:
  1。模拟输入引脚充电时间tmidrail_on由VMID引脚充电时间决定。这个时间取决于VMID去耦电容和VMID引脚输入电阻的值以及AVDD电源上升时间。
  2。模拟输入引脚放电时间tmidrail_off由VMID引脚放电时间决定。此时间取决于VMID去耦电容器和VMID引脚输入的值电阻和AVDD电源衰减时间。时间tmidrail_off是用1μF测量的电容器和将根据输入耦合电容器的值而变化。
  3。时间tmidrail_on和tmidrail_off是使用1μF电容器测量的,并将根据具体情况而变化输入耦合电容值。测量值分别为10%和90%充电时间曲线上的点。
  4。启用ADC时,由于系统原因,ADCDAT引脚上会有LSB数据位活动噪声,但不会有明显的数字输出。
  5。必须将VMIDSEL和BIASEN位设置为启用模拟输入中轨电压和ADC正常工作。
  6。ADCDAT上电后的数据输出延迟-电源从0V开始-已确定主要由VMID充电时间决定。可设置ADC初始化和电源管理位在发布POR后,VMID的充电时间将显著延长,并将指示当设备稳定用于模拟输入时。
  7。从设备待机(已应用电源)通电时的ADCDAT数据输出延迟为由ADC初始化时间确定,2/fs。
  DAC上下电顺序(不按比例)
  
  笔记:
  1。线路输出充电时间tline_midrail_on主要由VMID管脚充电时间决定。这个时间取决于VMID去耦电容和VMID引脚输入电阻的值以及AVDD电源上升时间。使用1μF电容器和在充电时间曲线上分别取10%和90%。
  2。在DAC初始化期间,不建议允许DACDAT数据输入。如果DAC数据初始化时值不为零,则可能会在模拟设备上产生爆震噪声输出。如果在非零值和非静音时删除DACDAT,也同样如此功能已预先应用于信号。
  3。线路输出放电时间tline_midrail_off取决于线路输出耦合的值电容器和漏电电阻的接地路径。上面的值是用在放电时间曲线的10%和90%点处取1μF电容器。
  4。耳机充电时间thp_midrail_on主要由耳机输出决定耦合电容充电时间。这一次取决于耳机的价值耦合电容器。使用100μF电容器测量上述值,并取充电时间曲线上的10%和90%点。
  5个。耳机放电时间thp_midrail_off取决于耳机的值耦合电容和漏电电阻的接地路径。上面的值是使用100μF电容器测量,并在放电的10%和90%点处进行测量时间曲线。
  6。必须将VMIDSEL和BIASEN位设置为启用模拟输出中轨电压和DAC正常运行。
  设备描述
  导言
  WM8976是一款低功耗音频编解码器,结合了高品质的立体声音频DAC和单声道ADC,具有灵活的线路和麦克风输入输出处理。此设备的应用程序包括数码摄像机,以及带有单声道录制和单声道或立体声播放的数码相机能力。
  特征
  该芯片在使用上具有很大的灵活性,因此可以支持多种不同的操作模式,如
  跟随:
  麦克风输入
  提供麦克风前置放大器,允许麦克风伪差分连接,使用内部电阻的用户定义增益。提供共模输入引脚允许用于抑制麦克风输入端的共模噪声(电平取决于增益设置选择)。麦克风偏置是从芯片输出的,可以用来偏置麦克风。这个信号路由可以配置为允许手动调整麦克风电平,或者确实允许ALC控制传输的麦克风信号电平的环路。可选择通过麦克风路径的总增益高达+55.25dB。
  PGA和ALC操作
  在ADC的输入路径中提供可编程增益放大器。这可以手动使用或与混合模拟/数字自动电平控制(ALC)结合使用,以保持记录体积常数。
  线路输入(AUXL、AUXR)输入AUXL和AUXR可以用作立体声线路输入或用作警告音输入(或‘哔声’)等。AUXL输入可以与麦克风一起汇总到记录路径中前置放大器输出。
  模数转换器ADC使用多位高阶过采样架构,以提供最佳性能低功耗。
  高保真DAC
  立体声高保真DAC提供适用于所有便携式音频高保真类型的高质量音频播放应用程序,包括MP3播放器和所有类型的便携式光盘播放器。
  输出混频器
  在装置的输出端提供灵活的混合。为立体声提供了立体声混音器耳机或线路输出、LOUT1/ROUT1和OUT3/OUT4输出上的附加summers允许在这些管脚上输出可选的差分或立体声线路。增益调整PGA为提供给LOUT1/ROUT1和LOUT2/ROUT2输出,信号切换提供给考虑所有可能的信号组合。输出缓冲区可以通过几种方式配置,允许最多支持三组外部传感器:即立体声耳机、BTL扬声器和BTL耳机可以同时连接。热影响应在尝试同时对所有输出进行全功率操作。
  或者,如果不需要扬声器输出,可以使用LOUT2和ROUT2管脚作为立体声耳机驱动程序(禁用ROUT2上的输出反转缓冲区)。在这种情况下耳机可以驱动,或者LOUT2和ROUT2引脚用作线路输出驱动器。
  OUT3和OUT4可以配置为从
  DAC、混频器或输入麦克风升压级。或者OUT4可以配置为左右DAC或混频器的单声道混音,或只是芯片中轨参考的缓冲版本电压。OUT3也可以配置为缓冲VMID输出。该电压可用作一种耳机“假接地”,允许移除通常用于输出路径。音频接口
  WM8976具有标准音频接口,支持将单声道或立体声数据传输到从芯片上。此接口是一个3线标准音频接口,支持多个音频数据格式,包括I2S、DSP/PCM模式(LRC sync+2数据的突发模式传输压缩字)、MSB First、left-justi€€Fied和MSB First、right-justified,并可以操作在主模式或从模式下。
  控制接口
  为了允许对其所有功能进行全软件控制,WM8976提供了2线或3线MPU的选择控制接口。它完全兼容,是广泛行业标准的理想合作伙伴微处理器、控制器和数字信号处理器。模式之间的选择是通过模式管脚。在2线模式下,设备的地址是固定的同于0011010。
  时钟方案
  WM8976提供正常的音频DAC时钟方案操作,其中256fs MCLK提供给DAC和ADC。
  包括一个PLL,如果没有,它可以用来产生这些时钟可从系统控制器获取。该锁相环使用一个输入时钟,通常是12MHz USB或ilink时钟,产生高质量的音频时钟。如果产生这些时钟不需要这个锁相环,它可以重新配置以生成备用时钟,然后可以在GPIO引脚上输出在系统的其他地方使用。
  功率控制WM8976的设计在不降低功耗的前提下表演。它在非常低的电压下工作,包括关闭任何未使用的部件的能力在软件控制下的电路,包括待机和关机模式。
  操作场景WM8976在设计上的灵活性允许多种操作场景,其中一些建议如下:
  摄像机;提供麦克风前置放大器,支持内部和外部麦克风。扬声器、耳机和线路输出连接的所有驱动程序均已集成。这个ADC之后可选择的“应用滤波器”提供“风噪声”降低等功能,或机械降噪滤波器。
  数码相机录制;支持数码录制类似于摄像机外壳。但是另外,如果DSC支持MP3播放,并且可能支持录音,则ADC能够支持完整的48ks/s高质量录制,提高了设备的灵活性。模拟调频调谐器支持模拟立体声调频调谐器可以连接到WM8976的AUX输入端,并且立体声信号如果需要,可以通过耳机收听。
  输入信号路径WM8976有许多灵活的模拟输入。输入PGA阶段之后是驱动进ADC的升压/混合级。输入路径有三个输入管脚,可以以多种方式配置以适应单端、差分或双差分麦克风。有两个辅助输入引脚,AUXL输入可以输入到输入端增压/混合阶段以及进入输出路径。存在来自增压/混合阶段进入左输出混合器。
  麦克风输入WM8976可容纳多种话筒配置,包括单端和差分输入。差分输入PGA的输入是LIN、LIP和L2。在单端麦克风输入配置中,麦克风信号应输入到LIN或RIN以及内部NOR门,其被配置为将输入PGA的非反转输入钳制为VMID。
  
  麦克风输入PGA电路
  辅助输入
  有两个辅助输入,AUXL和AUXR,可用于多种用途,例如作为立体声线路输入或作为“嘟嘟”输入信号与输出混合。AUXL输入可以用作输入升压级的线输入,该级具有-12dB至+6dB,3dB步进(加上关)。有关更多详细信息,请参阅输入增强部分。AUXL/R输入也可以混合到输出通道混频器中,增益为-15dB到+6dB加分。
  此外,AUXR输入可以与增益相加为右扬声器输出路径(ROUT2调整-15至+6dB。这使得只有在没有影响耳机或线路输出信号。
  输入增强
  立体声输入PGA级后接输入升压电路。输入升压电路有3个可选输入:输入麦克风PGA输出、辅助放大器输出和L2输入引脚(可以用作线路输入,绕过输入PGA)。这三个输入可以混合在一起如图12所示,进行单独的增益提升/调整。
  
  输入升压级
  
  自动高度控制操作
  ALC/限制器功能通过设置寄存器位ALCSEL启用。如果启用,则记录音量可在-6dB和-28.5dB(相对于ADC满刻度)之间编程,使用ALCLVL寄存器位。通过设置ALCMAX可以设置PGA增益的上限通过设置ALCMIN控制位,可以施加控制位和PGA增益的下限。
  ALCHLD、ALCDCY和ALCATK分别控制保持、衰减和攻击时间:保持时间是检测到的低于目标的峰值电平和PGA增益之间的时间延迟开始加速。它可以编程为2(2n)次方)步进,例如2.67ms,5.33ms,10.67ms等,最多43.7s。或者,保持时间也可以设置为零。等待时间不是在限制器模式下激活(ALCMODE=1)。保持时间仅适用于增益上升,没有延迟
  当信号电平高于目标值时,在增益下降之前。
  衰减(增益上升)时间是PGA增益上升所需的时间,并作为每增益阶跃时间,每6dB变化时间,以及上升超过90%范围的时间。衰变时间可编程为2(2n)的幂)步进,从3.3ms/6dB、6.6ms/6dB、13.1ms/6dB等。至3.36s/6dB。
  攻击(增益缓降)时间是PGA增益缓降所需的时间,并给出作为每一增益阶跃的时间,每6dB变化的时间和下降超过其范围90%的时间。这个攻击时间可编程为2(2n)次方)步进,从832us/6dB,1.66ms/6dB,3.328us/6dB等,至852ms/6dB。
  注意,在峰值限制器模式下,增益控制电路的运行速度大约加快4倍,以减少快高峰。峰值限制器模式的攻击和衰减时间如下所示。
  表19中给出的保持时间、衰减时间和攻击时间在整个采样率中是恒定的,只要SR位设置正确。E、 g.当以48kHz的频率采样时,表19中规定的采样率仅为如果SR位设置为000(48kHz),则为正确。如果实际采样率仅为44.1kHz,则保持,衰减和攻击时间将减少44.1/48。
  DAC数字限制器操作
  
  限制器有一个接近0dB的可编程上限。参考图18,in正常运行(limboust=000=》仅限限)低于此阈值的信号不受限制器。高于阈值上限的信号以特定的攻击率衰减(由直到信号低于阈值。限制器的阈值也较低低于上限1dB。当信号低于下限阈值时,信号为以特定的衰减率放大(由LIMDCY寄存器位控制),直到达到0dB的增益。两个阈值级别都由LIMLVL寄存器位控制。阈值上限高于0.5dB由LIMLVL编程的值和较低的阈值比LIMLVL值低0.5dB。
  音量增大限制器具有可编程的上增益,可将信号提升至低于阈值,以压缩信号的动态范围并增加其感知响度。这是一个ALC函数提升能力有限。音量以1dB为单位从0dB增加到+12dB,由LIMBOOST寄存器位。
  输出限制器音量提升也可以用作独立的数字增益提升,当限制器已禁用。
  
  左/右输出通道混频器扬声器输出(LOUT2和ROUT2)输出LOUT2和ROUT2设计用于驱动8ΩBTL扬声器,但可以选择驱动两个16Ω/32Ω耳机负载或一个线路输出(参见耳机输出和线路输出部分,分别)。每个输出都有一个单独的音量控制PGA、一个输出增强/电平移位位、一个静音和启用,如图22所示。LOUT2和ROUT2输出左右声道混频器分别输出。
  ROUT2信号路径还具有可选的反转。用于此反转的放大器可用于将AUXR信号与-15dB-》+6dB的可调增益范围混合。这允许发出“哔”声信号仅适用于扬声器输出,不影响HP或线路输出。
  
  扬声器输出LOUT2和ROUT2
  
  OUT3/OUT4混频器和输出级
  OUT3/OUT4管脚可以提供额外的立体声线输出、单声道输出或伪输出耳机的接地连接。有一个专用的模拟混频器用于OUT3,OUT3和OUT4输出级由SPKVDD和SPKGND供电。个人可控输出还包括一个可选的1.5x升压和水平衬衫阶段。
  OUT3和OUT4混合器
  OUT3可以提供缓冲的中轨耳机伪接地或左线输出。OUT4可以提供缓冲的中轨耳机伪接地、右线输出或单声道混音输出。
  输出开关(插孔检测)
  当设备配置有2线接口时,CSB/GPIO1引脚可以用作开关控制输入以自动禁用一组输出并启用另一组输出。L2/GPIO2引脚可以也可用于此目的。例如,当耳机插入插座时可能需要禁用扬声器(例如,当其中一个GPIO引脚连接到耳机插座中的机械开关,用于检测插件)。在这种模式下,GPIO引脚有一个内部去跳电路,以防止输出启用由于输入故障而多次切换。这个反跳电路是由周期为221 x MCLK的慢时钟。注意,使用千斤顶检测功能时,必须启用慢车道。注意GPIOPOL位与jack检测无关,它是在pin处检测到的信号
  使用的。
  用户可完全配置输出的开/关。每个输出,输出1,输出2,OUT3和OUT4有2个与之关联的启用。出1,出2,出3OUT4_EN_0是当所选插孔检测引脚位于逻辑0时使用的输出启用信号(去弹跳后)。OUT1_EN_1、OUT2_EN_1、OUT3_EN_1和OUT4_EN_1是输出启用如果所选插孔检测引脚位于逻辑1(去跳后)时使用的信号。与输出enables类似,可以从OUT3中导出的VMID可以配置为on/off取决于使用VMID_EN_0和VMID_EN_1位的插孔检测输入极性。千斤顶检测启用以下工作:所有输出信号都有一个和功能,用它们的正常启用信号执行。
  因此,对于打开的正常输出启用(1),如果选择的插孔检测启用(由所选插孔检测引脚极性)为0,应关闭输出。如果正常启用信号为已经关闭(0),千斤顶检测信号应不受和功能的影响。
  在插孔检测过程中,如果用户希望输出不改变插孔是否在,JD_EN设置(即OUT1_EN0和OUT1_EN1)都应设置为1。
  当启用千斤顶检测时,VMID_EN信号对正常功能没有影响,它应该设置为0将同时启用。
  如果未启用插孔检测,则输出默认启用所有1,允许输出通过表37中的正常输出使能控制为正常,类似于VMID_EN信号默认为0,允许通过正常启用位控制VMID驱动程序。
  重新设置芯片
  WM8976可以通过向软件重置寄存器(地址)写入任何值来重置0十六进制)。这将导致所有寄存器值重置为其默认值。除此之外还有是一个上电复位(POR)电路,确保在设备已通电。
  电源
  WM8976最多可使用四个独立的电源:AVDD和AGND:模拟电源,为除扬声器输出和单声道输出驱动器。AVDD的电压范围从2.5V到3.6V,对总功耗(耳机功耗除外)。稍大的AVDD提高音频质量。
  spkvd和SPKGND:耳机和扬声器供电,为扬声器和单声道输出供电司机。spkvd的范围从2.5V到5V。spkvd可以绑定到AVDD,但它需要单独的布置和去耦电容器以抑制谐波失真。用更大的spkvd,声音更大耳机和扬声器输出可以实现较低的失真。如果spkvd低于AVDD,输出信号可能被截断。
  DCVDD:数字核心电源,为除音频和控制接口外的所有数字功能供电。
  DCVDD可以从1.8V到3.6V,对音频质量没有影响。DCVDD的返回路径是DGND,它与DBVDD共享。
  DBVDD的范围从1.8V到3.6V。DBVDD返回路径是通过DGND。
  可以对所有四个电源使用相同的电源电压。然而,数字和模拟电源应在印刷电路板上单独布线和分离,以防止数字开关噪声模拟信号路径。
  建议的上/下电顺序为了将输出“砰”声和“咔嗒”声降至最低,建议在一个受控的序列。
  除此之外,建议在更改PGA中的体积。
  应用程序信息推荐的外部组件
  
  外部组件图

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· 2020-7-15 08:49:18
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