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具有异步采样滤波器的音频A/D转换

Steve Green?? Cirrus Logic、Thomas Hoff?? Cirrus Logic?? 2005年11月09日 ?? 收藏0

  引言

  今天的高性能ΔΣ模数(A/D)和数模(D/A)音频转换系统在其转换过程中通常需要超过12MHz的高频率系统时钟(主时钟)。时钟抖动是评定这些系统性能优良

与否的重要因素。通常,时钟抖动对带有转换器和基于晶振的时钟没有太大影响,但是对联网式音频系统、利用“室内同步”信号的录音系统和其他混音器等需要在系统内长距离传送高频时钟信号的系统而言,就可能是非常棘手的问题了。这些系统的共同特点是,转换节点和网络都以相同的采样率或在相同的时钟域内运行。克服这些系统的低抖动主时钟问题最常用的方法是利用锁相环 (PLL)。PLL 电路形式多样,各有利弊。但是在大多数情况下,尤其是在电压受限的晶振电路中,经常因为低抖动或PLL频率范围不够,至使不能覆盖所有需要的采样率。

  另一个解决方法就是创建一个系统架构,使A/D和D/A转换节点在独立于网络或系统时钟域的本地时钟域中运行。如图1所示,利用采样率转换器(SRC)可以轻易地实现独立时钟域的系统。该架构也能够以高于网络或接口采样率的固定采样率进行转换。这种方法的优势在于,转换过程不受接口时钟抖动的影响,且转换过程由本地无抖动晶振控制。

利用采样率转换器

  换一个角度看这个应用是很有趣的。今天的A/D转换器利用数字滤波采样滤波器将过采样数据转换成44.1kHz、48kHz, 96kHz或192kHz的标准音频采样率。这些采样滤波器以同步方式执行这个功能,使输入与输出采样率一定,通常为512、256或128。实际上,这些数字滤波器以同步方式降低A/D采样数据的速率。相似的过程也发生在D/A转换过程中的数字插值滤波器中,即在进行数模转换前,输入采样率提升到一个更高的水平。考虑这样一个事实,在这个应用中,转换过程可容易地进行配置,以便A/D和D/A转换总是以高于接口或网络的采样率运行。在该配置中,SRC也可充当采样或插值滤波器,但都是以同步方式运行。本质上讲,由标准同步采样和插值滤波器施加的整数多项限制不再是障碍。正是因为这个属性,才使转换过程可以在独立于网络或接口的时钟域中运行。

4轨系列音频接口配置图

  在这个应用中,CS8421的输出配置为接口系统时钟的从接口。这种方法具有下列优点。第一,改变系统采样率更趋简单。因为转换过程与网络异步运行,且SRC的输出采样率是由输入Word时钟决定的,所以只需简单地更改网络的左/右或Word时钟,就可改变系统的采样率。第二,输出采样率取决于输入Word时钟的频率,从而确保了多个CS8421配件输出的同步和匹配。第三,它容许多个配件配置成时分多路转换(TDM)多轨接口。

6轨TDM应用的框图

  更多的特性

该系统中的CS8421也增加了更多有价值的功能。这些独特功能解决了联网式音频系统和其他高性能多轨应用产品设计过程中的诸多问题。

  ● 可选的输出数据解决方案-CS8421利用完善的32位内部处理为完整的32位数据字输出提供了选择。除了完整精确的32位数据,该器件还具有合理的抖动和将32位数据截短成24位、20位或16位数据长度的功能。左轨和右轨之间的抖动互不影响。

  ● 支持所有工业标准数据格式-CS8421支持所有的工业标准数据格式,包括左对齐,右对齐和I2S。图2显示了应用这些格式的多轨典型应用。

  ● 多轨TDM接口 - 除了标准系列音频接口,多个CS8421产品可配置应用于多轨TDM接口。CS8421支持192kHz 4轨TDM,96kHz 8轨和48kHz采样率的16轨。图3显示了6轨TDM应用的框图。添加更多的轨更加容易。

  ● 比CS5381拥有更强的数字通带抑制能力 - CS8421能够实现数字滤波器控制应用中的滤波响应,因而可以最大限度地将通带抑制在125dB。

  CRD5381 是一款4轨参考设计;它结合了CS5381模数转换器和CS8421异步采样率转换器,可提供如应用笔记所描述的模数转换系统。CRD5381实际上是一个两轨设计,两轨电路的复制可建立第三和第四轨。每个两轨部分包括所需的模拟输入缓冲器、CS5381 A/D转换器和CS8421异步采样率转换器。这个参考设计也包括时钟生成、状态报告和所需的系统重启功能。另外,一对CS8421器件可配置成一个4轨的TDM接口。

  CRD5381和支持文档在于建立一个能够剪裁的参考设计,以创建一个多轨A/D转换系统。

  


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音频? AD? 滤波器?

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