DS4201通用串行总线（USB）音频DAC

1 引言

DALLAS半导体公司生产的DS4201通用串行总线（USB）音频器件，为解决USB基于数字音频再现接口提供了有效手段。DS4201内含USB核心、立体声16位∑-Δ数/模转换器（DAC）和定点数字信号处理器（DSP）。它可在44.1kHz和48kHz的采集率上通过D/A音频数据处理支持8位和16位的脉码调制（PCM）立体声/单声道格式。其USB核完全遵守V1.0USB规范和音频器件V1.0规范。

2 内部结构及引脚功能

DS4201采用28脚DIP封装（DS4201F采用44脚QFP封装），其引脚排列如图1所示。

DS4201的内部包括USB器件核、振荡器、先进先出（FIFO）电路、16位∑-ΔD/A、衰减/静噪抑制（TTM/MUTE）、电压基准和电源管理等电路，其内部结构框图如图2所示。

表1列出了DS4201的引脚（信号）功能说明。

表1 引脚（信号功能）

3 主要特点及参数

3.1 主要特点

DS4201 USB音频器件的主要特点如下：

●符合音频器件的V1.0USB规范；

●内含完整的立体声DAC系统；

●自带模拟后置（post）滤波器；

●具有USB收发功能；

●具有多电源输入和电源管理模式，可为USB数字音频系统提供适当的电源选择；

●具有44.1kHz、48kHz的采样率；

●DAC的输出信噪比大于80dB；

●具有8位和16位脉码调制（PCM）数字数据格式；

●带有高速率12Mbps USB接口；

●可在3.3～5.0V的电压范围内正常工作。

3.2 推荐

工作条件

DS4201在工作时，其任何引脚相对于地的电压均应在-0.5～+6.0V的范围内，否则DS4201不能正常工作甚至会损坏，它的工作温度范围为0～70℃；其推荐工作条件如表2所列。

表2 推荐工作条件

4 基本操作

4.1 输入端（IT）

DS4201使用三个输入端，其中IT（TID1）用于连接终端EP1，以传送USB等时音频流；另一个IT（TID2）端连接到模拟AUX输入；还有一个IT（TID3）则连接到模拟MIC输入。

4.2 扩展单元（XU）

在DS4201中，扩展单元（XU）的XU：UID9可用来选择DAC的1.414Vpp与2.828Vpp两个输出范围。录设定UID9为TRUE（真）时，选择2.828Vpp范围；为FALSE（假）时，则选择1.414Vpp范围。应当说明的是，当DS4201在3V电源工作时，必须选择1.414Vpp范围；而在5V电源工作时，1.414Vpp和2.828Vpp两个范围均可选用。

4.2 特性单元（FU）

特性单元（XU）的XU：UID9可用来选择DAC的1.414Vpp与2.828Vpp两个输出范围。当设定UID9为TRUE（真）时，选择2.828Vpp范围；为FALSE（假）时，则选择1.414Vpp范围。应当说明的是，当DS4201在3V电源工作时，必须选择1.414Vpp范围；而在5V电源工作时，1.414Vpp和2.828Vpp两个范围均可选用。

4.3 特性单元（FU）

特性单元（FU）的作用是对音频信号进行控制。所有的FU均有一个输入和输出脚，因此，音频束可由FU指令来单独或分组控制。

4.4 混频器单元（MU）

MU的功能是将所有输入通道的信号进行混频输出。它可以采用编程方式，也可以采用固定方式。像所有ADC音频单元一样，MU输入脚和输出脚均连接到音频线束。MU中的UID8有3个输入线束，其中每个线束有2个逻辑通道和1个输出线束，因此共有6个逻辑输入和2个逻辑输出。表3列出了DS4201和MU中的UID8相应的控制阵列。

表3 MU中UID8的控制阵列

4.5 输出端（OT）

ADC输出端（OT）用来输出音频信息。它支持USB IN端和模拟输出。DS4201利用OT中的TID4与MU中的UID8线束相连接，并接到模拟输出端。

4.6 音频流动接口

STREAMING接口用来接收数字PCM音频流（steam），它支持以下6个交替置位（setting）：

ALT-0：缺席置位；

ALT-1：16位PCM立体声；

ALT-2：16位PCM单声道；

ALT-3：8位PCM立体声；

ALT-4：8位PCM单声道；

ALT-5：16位PCM立体声。

5 应用电路

5.1 SPM=1时的应用电路

当SPM=1时，DS4201的应用电路如图3所示。所谓SPM=1，是指浮置电源模式（SPM）脚不接地，而是通过一个电阻（10kΩ）接Vcc，以使器件处于高电平状态。DS4201的非USB电源输入为5V，LAUX/RAUX和LMIC/RMIC脚上的模拟输入分别通过R10/R12、R9/R11、R6/R8和R5/R7电阻分压器衰减和电容C18、C16、C14和C12耦合来实现。USB数据分别经电阻R3和R4输入到DS4201的脚D+和D-。USB总线电源VBUS经3.3V的三端稳压器U1施回到VB（USB数字）脚。器件内模拟电路电压由5V电源经电阻R1和脚VA提供。左通道（LOUT）和右通道（ROUT）模拟音频输出经电容C10和C11耦合后作为音频放大器的输入信号。

DS4201需要12.0MHz和12.288MHz两个时钟源。脚X1I与脚X1O之间的晶振Y1及电容C19和C20组成的并联谐振石英晶体振荡器可产生12.0MHz的振荡频率。而DS4201的X2I脚和X2O脚之间的晶振Y2及电容C18和C17组成的石英晶体振荡器所产生的振荡频率为12.288MHz。

5.2 SPM=0时的应用电路

DS4201脚SPM接地（即SPM=0）时的应用电路如图4所示。在该电路中，所有DS4201的电源电压都由USB的VBUS电源经U1调节后，供给其电压为3.3V。当SPM=0时，USB进入悬置状态。AUX和MIC模拟输入不使用，因此功率消耗最小。在这种状态下，DS4201振荡器、∑-Δ模拟、带隙参考、模拟I/O和混频器电器电路均被禁止。从而使振荡器也截止，这样就将USB和∑-Δ电路置于低功率CMOS静止状态。