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192kHz/24bit音频DVD数字滤波器SM5847AF           
192kHz/24bit音频DVD数字滤波器SM5847AF
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:25:42
钱志远
中国科学技术大学

   在音频DVD 1.0版本发表时,音频DVD的最高取样频率为fs=192kHz,最大量化率为24bit。现在能够满足这一规格的数字滤波器已经面市。日本NPC公司已经推出能处理这一规格的高性能数字滤波器SM5847AF。

1. SM5847AF的主要特征
  ●能适应音频DVD PCM码的全部取样频率和全部量化比特数;
   
●双声道高性能8倍、4倍内插选择;
  
●内藏双声道独立数字去加重;
  
●内藏双声道独立静音;
  
●多种输入输出格式;
  
●可选择关闭/打开;
  
●可选择高频抖动(dither);
  
●具有数字降噪输出功能;
  
●采用44脚QFP封装形式;
  ●采用5V单电源供电。

2. 功能说明
2.1 音频DVD PCM
  对应音频DVD的PCM信号的取样频率有以下几种:其中双声道PCM有44.1kHz、88.2kHz、176.4kHz、48kHz、96kHz、192kHz六种;多声道PCM有44.1kHz、88.2kHz、48kHz、96kHz四种。
  
量化率有16bit,20bit,24bit三种。除上述六种外,输入信号允许的fs还可有32kHz;量化率还有18bit。
2.2 内插式FIR滤波器(超取样)
  SM5847AF内藏的滤波器运算信号处理框图如图1所示,采用8倍内插FIR滤波器,滤波器的特性和运算时钟硬件方案是NPC惯用的线性相位2倍内插FIR滤波器,采用三段连接型。
  
FIR滤波器的运算次数为:第一节FIR=169次,第二节FIR=29次,第三节FIR=17次。当取4倍内插输出时,可跳过第三节FIR,输出4fs数据。
  
当工作到音频DVD最高fs=192kHz时,系统时钟频率显著增高。为了降低内部系统时钟及外部主时钟频率,从这里开始采用运算量低的FIR滤波器。
  8倍和4倍内插FIR滤波器的截止频率fc(6dB点)为取样频率fc的一半。通带上限频率为0.4535fs,阻带下限频率为0.5465fs。图2是三种不同工作组态时的频谱图。图3是8倍内插时的实测频率特性。

2.3 引脚及功能说明
    图4为SM5847AF的引脚排列,该芯片为10mm×10mm 44QFP封装。各引脚说明见表1所列。
    该芯片设计时为降低数字噪声输出和防止因数字噪声引起误动作,将电源和接地引脚安排了好几对。接退耦电容时可参照表2进行。

2.4 主时钟和系统时钟选择
    高性能数字滤波器运算时,为进行多次乘和加运算,内部必须有频率很高的系统时钟。SM5847AF的系统时钟是从外部晶振输入的主时钟直接2、4分频得到的。系统时钟有192fs和256fs两个系列,每个系列各有三种。分别由CKSLN(24)、CKDVI(34)和CKDV2(35)三个引脚的电平组合来设定。具体见表3所列。
2.5 推荐工作条件
    SM5847AF有很宽的内部时钟范围,因此在不同组合时,推荐使用工作电压和工作温度如表4所列。

2.6 附加功能
    SM5847AF具有对应fs=32kHz、44.1kHz和48kHz三种模式的左右独立去加重滤波器。还有由内部衰减运算实现的独立的软静音功能。
   
此外,还有可作8fs和4fs输出选择的OMD端(OMD=H时,选8fs;OMD=L时,选4fs)。在fs=192kHz时,取8fs高取样率输出,对DAC的变换速度有好处。
   
在通过内部运算对输出数据比特数进行修整时,可通过DITHN端的电平的高低来选择普通修整还是三角形随机密度功能TPDF高频抖动修整,这种高频振动取整功能能抑制微弱信号输出时量化噪声产生的特定高次谐波。
2.7 多种音频输入输出接口
    SM5847AF有多种输入输出格式。输入接口格式有MSB先出“2补”的L/R交叉后接(三线式)串联基本接口,还有L/R交叉前接(三线式)或L/R同时前接(四线式)连接方式。它们由INF1N和DI/INF2N引脚的电平来控制。另外控制IW1N/DIL和IW2N/DIR的电平可设定16/18/20/24 bit四种输入比特率。音频数字输出有MSB先出“2补”的L/R同时输出(四线式)串连接口。另外,控制OW1N和OW2N的电平可设定18/20/22/24 bit四种输出比特数。
  图5、图6给出了24 bit输入输出场合的定时关系。

2.8 关闭自由功能
 
SM5847AF对运算和输出的控制定时是由系统时钟发出的。三线式输入接口的时钟(LRCI,BCKI)关闭时,运算并不受影响。故称为“关闭自由”(SYNCN=H)。
 另一方面,若需要LRCI时钟与主时钟XTI同步,可选择必要的“同步模式”(SYNCN=L)。在用几片SM5847AF的系统中,“同步模式”是必需的。

3. 应用举例

  图7为SM5847AF做数字滤波器与192kHz/24bitD/A变换器PCM1704U组成的应用电路。电路设定fs=192kHz,量化率为24bit输入输出的4fs输出模式(输出率768kHz)。

  NPC公司早就开始为CD和DAT等设备提供数字滤波芯片,有24bit输入输出和8倍超取样的SM5847AP/APT和SM5843AP,后来又有fs=96kHz的音频SM5847AP。而SM5847AF是针对音频DVD格式开发的,与此对应的Δ-∑方式的高性能DAC也在开发之中。NPC的这些芯片都是为高档次音频还原系统服务的。

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