Design of audio signal chain for non audio experts
Time:2021-12-31
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从对应用的重要性角度来研究音频组件
作者：Dafydd Roche，德州仪器 (TI) 音频产品市场营销经理
在本文中，我们将开始对音频产品规范进行解码，旨在找到适合于音频应用的最佳产品——并非越高级越好，而是以满足产品要求为关键，就像手套要适合手一样。
转换器
音频转换器分为三大类：模数转换器 (ADC)、数模转换器 (DAC) 以及集成于同一器件 (CODEC) 的 ADC 和 DAC。在软件环境下，编解码器与用于编码和解码 MP3 格式的软件相类似。但在硬件环境下，它是一种连接模拟域的接口。
控制接口
控制接口多种多样。一些简单的转换器一般使用硬件控制接口。控制引脚通常连接 VDD、GND 或 GPIO 处理器引脚。如果您的系统不会改变配置，或者您的处理器空间有大量的 GPIO，则这就是一种最简单的开始方法。永久性硬件设置（在您设计印制电路板时配置）会卸载掉您可能必须利用软件控制转换器写入的一个多余软件驱动器。硬件驱动 ADC 和 DAC 的一些例子包括 PCM1803/ PCM1789。
软件控制接口一般可由 I2C 或 SPI 串行端口来驱动，在一些微处理器和 DSP 上可以看到这些端口。在软件模式中驱动的一些器件通常拥有比其硬件控制版本更高的灵活性。软件控制转换器通常有一些内部寄存器，可从某个外部源对这些寄存器进行写入操作。从总体系统解决方案的角度来看，一定程度地增加了混频 (mix) 的复杂性。
尽管如此，还是有一些小技巧可以让其更为简单：您可以对您的“驱动器”进行写入操作，以在运行期间改变设置；您也可以转存所有的配置或将代码寄存到闪存中。这样，在启动期间，将全部配置发送出加电串行端口。
动态范围、SNR 和 THD+N
用于衡量产品性能（不仅仅是转换器，而且包括整个信号链）的音频标准由音频工程协会 (AES) 定义：“AES17-1998 (r2004)：数字音频工程 AES 标准方法——数字音频设备测量标准（AES17-1991修订版）”。
这些测试均基于满量程（最大输入/输出）与背景噪声水平的差。例如，使用一个 1 kHz 的满量程以下 -60dB 的输入，然后测量背景噪声，从而实现信噪比 (SNR) 或动态范围（在转换器中也是一样的）的测试。就 THD+N 测量而言，工程师在满量程以下 -1 dB 运行测试设备 (DUT)，然后进行类似测量。我建议您下载 AES 文档，并仔细阅读一遍。
由于大多数输出信号链均要求一个音频转换器和音频放大器，而音频放大器一般会带来其自有的噪声，因此需指定一种高出您要求的转换器。CD 音质常被称作 96-dB 动态范围（实际数可能略高，但基本计算方法是比特数乘以 6，即16 bits x6=96 dB）。
ADC 都很相似。在理想情况下，通过使用一款可将最高电平输入信号变为恰好在 ADC 满量程输入以下的输入放大器就可获得最佳质量的输入转换。这样便可得到转换器的最佳 SNR 性能。
如何指定适合于您系统的音频转换器的相关信息资料，可访问 TI E2E 社区论坛式讨论音频社区，或者请参阅“为何要使用一款更好的DAC？”以及“了解卓越的专业音频设计：逐块法”（两篇文章均在“音频DesignLine”）。
作者简介
Dafydd Roche 现任 TI 高性能模拟产品部家庭娱乐和专业音频产品市场营销经理。Dafydd 毕业于约克大学 (University of York (UK))，他把在音频和音乐制造方面的全部知识都倾注了他的工作中，从而有助于设计人员和消费者获得更清晰的输入和更高的输出!
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