TAS5010数字音频PWM处理器在数字音频产品中的应用

TAS5010数字音频PWM处理器在数字音频产品中的应用 TAS5010 数字音频 PWM 处理器 在数字音频产品中的应用 上海交通大学微电子研究所,200052, 刘 晨 王森章 摘 要 TAS5010 数字音频 PWM 处理器构成了全数字功率放大系统中的数据调制部分～文章介 绍了该芯片的结构、功能、工作原理和典型应用。 关键词 数字音频 功率放大器 PWM 表 1 基于 PWM 调制的数字功率放大技术正在被越 引脚说明 引脚符号说明来越广泛地应用于消费类音频产品上，TAS5010 是 39 DBSPD 两倍采样率选择一个数字音频 PWM 处理器。TAS5010 和 TAS5100 左右声道帧同步时钟 系LRCLK 18 PWM 功率输出器件相结合，构成了完整的全数字 统时钟(MCLK)输入端 1 MCLK_IN 功率放大系统。 系统时钟缓冲 MCLK_OUT 16 数字音频产品通常由一个处理器和 DSP 从存 22、21 储介质中接收数字音源信号，然后对它进行解码和 MOD0、MOD1 串行接口模式选择20 MOD2 处理，并以 PCM 数据输出。传统的模拟系统在 DSP 10 M_S 主从模式选择之后会采用一个 D/A 转换器将 PCM 信号转换为模 38 静默模式设置 拟信号，并随后使用模拟功率放大器对它进行放大。 MUTE 3 PLL_FLT_OUT 模拟信号容易受噪声的干扰，系统设计时必须充分 PLL 环路外接滤波器连接端 4 考虑到信号的完整性和音质。另外，模拟系统最大 PLL_FLT_RET 的缺点是效率很低，只有 50%左右，有很大一部分 34 PWM_AM_L PWM 左声道输出- 的功率作为热量耗散掉了。而全数字式放大系统则 28 PWM 右声道输出- PWM_AM_R 允许音频信号在整个信号通路上保持数字性质。数 PWM 左声道输出+ 35 PWM_AP_L 字音频信号至模拟信号的转换，只是在位于扬声器 PWM 右声道输出+ 29 PWM_AP_R 之前的无源滤波器中，有时甚至就在扬声器中进行。 RESET 端 串行数7 采用全数字系统的优点是高效(>90%)、抗噪声， RESET 据移入时钟 串行数 17 可在无源滤波器(或扬声器)中转换成模拟信号。 SCLK 据输入端 19 SDIN PWM 右声道输出有效 PWM 左声道输出有效 晶9 VALID_R TAS5010 的介绍 1 振输入或 MCLK 输入端 23 VALID_L TAS5010 的引脚排列和内部框图如图,所示。 47 XTL_IN TAS5010 的引脚说明如表,所列。 48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz 和 192kHz。 TAS5010 接收串行 PCM 数字音频数据流，将 TAS5010 的串行数据输入端由串行数据时钟 它转化为 3.3V 的 PWM 音频数据流输出到 TAS5100 (SCLK)、左右声道帧同步时钟(LRCLK)和数据输入 中。然后 TAS5100 将 3.3V 的 PWM 音频数据流放 端(SDIN )组成。TAS5010 可以支持各种不同格式 大为大信号的 PWM 信号。该信号然后被解调作为 和不同采样率的双声道 PCM 格式。可以设置为三 功率输出信号来驱动扬声器。该项技术给数字时代 带来了低成本、高性能和高效率的数字音频产品。 种模式来支持不同的采样率标准:正常模式用于支TAS5010 是一个创新的低成本、高性能的 24 持采样率 44.1kHz 和 48kHz;两倍速模式用于支持 位双声道 PCM-PWM 调制器。它兼容各种串行音频 采样率 88.2kHz 和 96kHz;四倍速模式用于支持采 格式，包括右对齐、左对齐 PCM 和 IIS、DSP 输出 样率 176.4kHz 和 192kHz。TAS5010 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 输入三个 格式。它也兼容各种的采样率标准。包括 44.1kHz、 时钟，LRCLK 为左右声道的帧同步时钟，时钟频 率等于 PCM 信号的采样率(Fs);SCLK 为串行移 表 2 时钟设置 M_S DBSPD XTL_IN (MHz) MCLK_IN (MHz) SCLK (MHz) LRCLK (MHz) 模式 1 0 11.289 6 2.822 4 44.1 主模式/正常速度 — 主模式/正常速度 — 1 0 12.288 3.072 48 主模式/两倍速度 — 22.579 2 1 1 5.644 8 88.2 主模式/两倍速度 — 24.576 1 1 6.144 96 从模式/正常速度 — 11.289 6 0 0 2.822 4 44.1 从模式/正常速度 — 12.288 0 0 3.072 48 从模式/两倍速度 — 从模式/两倍速度 22.579 2 0 1 5.644 8 88.2 — 从模式/四倍速度 24.576 0 1 6.144 96 — 从模式/四倍速度 22.579 2 0 0 11.289 6 176.4 — 24.576 0 0 12.288 192 位时钟，时钟频率为 64Fs;MCLK 为系统时钟，时 速模式时，过采样率为 2，两倍速模式时过采样率 钟频率为 256Fs。TAS5010 允许采用主模式和从模 为 4，正常模式下过采样率为 8。该滤波器提供了低 的通带纹波和最优的时域瞬态响应，用于乐音的精 式两种时钟方式。主模式下 TAS5010 提供系统时钟 确重现。插值滤波器的输出送到 PWM 调制器。调 给系统中其他器件，而从模式下由一个主模式器件 来提供 TAS5010 系统时钟。当器件工作于四倍速模 制器由高性能的四阶数字噪声整形器和 PCM-PWM 转换器组成。从噪声整形器输出的信号送入低失真 式时，器件只能操作于从模式。可以通过设置 DBSPD 端来选择器件工作于两倍正常采样率模式。 各种工作方式下的时钟设置如表 2 所列。 的 PCM-PWM 转换模块，输出 3.3V 的 PWM 信号。 TAS5010 内部有一个低抖动的锁相环器件用于 TAS5010 控制部分由几个控制输入端组成，其 内部的调制时钟同步。可以通过 PLL_FLT_RET 和 中串行模式选择端(MOD0、MOD1 和 MOD2)用 PLL_FLT_OUT 端设置 PLL 的环路滤波器。如果来选择不同的串行数据格式和接口格式。MODx 的 PLL 失锁， PWM 输出有效端( VALID_L 和 设置如表 3 所列。在正常的操作条件下，如果要改 VALID_R)会变低，表明系统工作状态出错。变串行模式，必须重新初始化芯片。 TAS5010 内部由 24 位高性能的线性相位 FIR 2 典型应用插值滤波器用来过采样输入的数字音频数据。四倍 在应用了 TAS5010 的数字音频产品的基本结 表 3 串行数据接口模式 后经噪声整形和 PWM 调制器输出 3.3V 差分信号 两差分信号为输入 PCM 音频数据的 PWM 编码。输 MOD2 MOD1 MOD0 模式串行数据接口 0 0 0 0 16位右对齐，MSB至LSB 出端分别为 P 相(PWM_AP_L 和 PWM_AP_R)和 20位右对齐，MSB至LSB 1 0 0 1 M 相(PWM_AM_L 和 PWM_AM_R)。TAS5010 在 24位右对齐，MSB至LSB 2 0 1 0 数字音频设备中的典型应用如图 2 所示。 16位，IIS 3 0 1 1 左声道 20位，IIS DSP PWM 4 1 0 0 TAS5100 24位，IIS MPEG 5 1 0 1 TAS5010 16位左对齐，MSB至LSB PCM 解码 6 1 1 0 TAS5100 右声道 7 1 1 1 16位，DSP帧格式 IICMPEG PWM 数据流 控制信号构中，TAS5010 和 TAS5100 取代了传统的 DAC 和 模拟功率放大器件，实现了音频信号通道的全数字 MCU MPEG数据 化。现在的消费类音频产品正趋于小型化、集成化， 微处理器存储媒体 MPEG 数据控制希望能设计出在一个底板上集成更多功能的产品。 全数字音频功率放大系统为在一个底板上集成功率 图 2 TAS5010 在数字音频设备中的典型应用框图 部分提供了极佳的解决方案。如设计 MP3 播放机， TAS5100 为单通道的 PWM 功率输出级。内部 可通过微处理器接收来自存储介质的媒体数据，然 包括四个匹配的 N 沟道的 DMOS 功率管和相关的 后将数据送入 DSP 中进行 MPEG 解码。经解码恢 复的 PCM 数据送入 TAS5010 中进行 PWM 调制。 驱动电路、保护电路、错误输出电路组成。4 个 TAS5010 首先将输入的不同采样率的音频数据，过 DMOS 管连接成 H 桥，通过 TAS5010 输出的 3.3V 采样为采样率 352.8 kHz 或 384kHz 的音频数据，然 的 PWM 信号控制 DMOS 输出大功率 PWM。该信 号通过无源滤波器和扬声器可重现乐音信号。 TAS50XX-MUTE 入 TAS50XX-DBSPD 输 号 TAS50XX-DEM-SEL 信 TAS50XX-DEM-EN 制 控 TAS50XX-RESET +3.3 PLL_ISLAND_GND R7 R0 +3.3 C2 GND GND C31 1 PTD LNTLTEN S 输出到TAS5100的D I S_P S AET UE S_ D ES SE _ CULOVS 3.3V差分PWM信号 3 _ T_TB V _ TS M R2 SMC1 AFC GNDD A LM E XV S TE D D TAS51XX-PWM-AP-LDVDD3_L O MCK_IN XD AVDD2 PWM_AP_L C0 PLL_FLT_OUT PWM_AM_L TAS51XX-PWM-AM-L NC PLL_FLT_RET NC NC AVSS2 PCM-PWM调制器 +3.3 DVDD2 GND RESET DVSS2 TSA5010 PWM_AP_R TAS51XX-PWM-AP-R PDN VALID_R PWM_AM_R M_S NC T NCNC U LO R DVDD3_R TAS51XX-PWM-AM-R_ DVDD1 _ _ 1 K 11D310K 2 ID LC4S SSK L NDDDL SS SD CLI C OO OAVVRVV CD 入 M SV LSMM DDMDD 输 GND 号 GND GND GND信 +3.3 GND M RESET-TAS51XX-L TAS50XX-MCLK C P TAS50XX-SCLK 行 RESET-TAS51XX-R 串 TAS50XX-LRCLK 及 图3 TAS5100外围元件典型连接图 TAS50XX-SDATA 钟 基于 FPGA 和 MAX6672 的温度测量仪 湖南建材高等专科学校电子信息系,421008, 王 韧 宋树祥 摘 要 文章介绍了集成温度传感器 MAX6672 的主要特性～提出了基于 FPGA 和 MAX6672 的 温度测量仪的测量原理及设计方法～并给出了系统硬件原理框图和软件流程。 关键词 温度测量 单片机 温度传感器 150µA(典型值为 60µA);测温范围为 40 , 电流为 温度测量广泛应用于工农业生产和人们的日 常生活，如大型饲养场、家用空调等。在众多的测 125 ?，PWM 波形频率为 1.10kHz,1.75kHz;测 温系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测 温精度为 1 ?;与微处理器接口方便等特征。 温二极管以及集成模拟温度传感器如 AD590 等器 1.2 引脚功能及温度特性件，中间环节由低通滤波、多路转换、信号放大、 MAX6672 采用 SC70 封装形式，有 5 个引脚， 模数转换等几个部分组成。由于以上各类温度传感 脚 1(Dout)输出与温度值相对应的 PWM 波形， 器及其他器件的互换性差，温漂和非线性误差较大， 脚 2(NC)未用，脚 3、4(GND)接地，脚 5(Vcc)因此，整个测温系统的测量误差也随之增大，同时， 电源端。在 Vcc 与 GND 间接 0.1µF 的电容，Vcc 由于中间环节较多，系统抗干扰性能往往也不理想。 本文介绍了一种采用集成温度传感器 MAX6672 作 与 Dout 间接 510Ω的电阻。 为温度检测元件，以 AT89C52 和 FPGA 为核心的温 MAX6672 的 PWM 输出特性如图 1 所示，其 中 t为 PWM 波形的低电平时间，t为 PWM 波形 度测量仪，该系统可以方便地实现温度的测量，无 1 2 的高电平时间。温度 T(?)与 t、t之间的关系表 纸实时记录及打印等功能，还可与上位机(PC)进 12 达式为: 行通信，完成温度信息的综合分析。 [1]1 MAX6672 特性 3 (1) T 200 0.85 t / t 425t / t 273 1 2 1 2 1.1 特性 MAX6672 是 Maxim 公司 2002 年推出的一款 t与 t之比的典型值与温度 T 的关系如表 1 所列。 1 2 新型集成温度传感器，它将温度信息转换 PWM 波 从上式得知，只需测出 t、t的值或 t/t的值，即 12 12 形输出，具有一线制 PWM 输出，温度信息包含在 可得到温度值 T。PWM 波形的每一个周期之内;25?的时候输出波 形的频率为 1.4kHz;工作电压为 2.4,5.5V;最大 2 测温仪硬件组成及测量原理 该测温仪主要由单片机 AT89C52 、FPGA、 MAX6672、键盘/显示、存储器、实时时钟及打印、 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, TAS5010 的外围元件典型连接方法如图 3 所 品在未来的数字消费类媒体产品中一定会得到越来 越广泛的应用。 示。TAS5010 兼容 DSP 输出的 16 位 PCM 帧格式， SDIN 串行输出时序如图 4 所示。 参 考 文 献 SCLK Kevin Belnap(数字放大器技术促进消费类音频市场发 1 RLCLK 展(今日电子，2003，(4) R.E.Hiorns ，M.B.Sandler (Power digital to analogue SDIN 15 14 13 0 15 14 13 0 2 conversion using pulse width modulation and digital signal processing(IEEE Proceedings-G，1993，140(5) 图 4 16 位 DSP 串行数据接口格式 M.B.Sandler(Digital-to-analogue conversion using pulse实际应用 TAS5010 和 TAS5100 全数字音频功 3 width modulation ( Electronics and Communication 率放大系统表明，该系统具有很高的动态信噪比范 Engineering Journal(1993，(12) 围(>90dB)，并且效率高达 90%(负载 8 Ù)。该产