中心議題：

• 介紹WM8741
• 音頻解碼器硬件設計

解決方案：

• WM8741采用28引腳SSOP封裝
• 音頻接收器采用CirrusLogic公司的高速數字音頻接收器CS8416
• 音頻解碼器采用軟件控製模式

1 引言
　　
音頻解碼器廣泛應用於日常生活中。不同應用場合對音頻解碼器性能的要求差異很大。而影響音質的因素有多種
，如音頻編碼格式、傳輸方式、編bian解jie碼ma器qi件jian的de性xing能neng等deng。數shu模mo轉zhuan換huan是shi解jie碼ma電dian路lu的de關guan鍵jian部bu分fen，其qi性xing能neng高gao低di直zhi接jie影ying響xiang聲sheng音yin回hui放fang質zhi量liang。為wei了le獲huo得de高gao質zhi量liang的de模mo擬ni聲sheng音yin信xin號hao，這zhe裏li設she計ji一yi種zhong基ji於yu高gao性xing能neng立li體ti聲sheng數shu模mo轉zhuan換huan器qiWM8741的音頻解碼器設計方案
，該係統支持高達24位

、192kHz的數字音頻信號解碼
，還支持其他多種速率的標準數字音頻信號的輸入。
　　
2 WM8741簡介
　　
WM8741是Wolfson微電子公司生產的一款針對高端音頻應用的高性能立體聲數模轉換器
，可應用於專業音頻係統、家庭影院
、A／V接收設備、CD／DVD播放器等。其內部具有抖動數字內插值濾波器、精細分辨率音量控製和數字去加重功能、1個多比特∑-△調製器以及帶有差動電壓輸出的開關電容多位電路級。特有的可編程配置的高級數字濾波器允許用戶靈活選擇群延時、相位延遲、脈衝響應等。音頻輸入接口支持I2S
、Left-justifted、Right-justified和DSD格式。當以PCM信號輸入時，器件能夠接收字長度16～32位，采樣轉換速率32～192kHz。該器件具有硬件和軟件兩種控製方式，並通過外部引腳進行切換選擇。軟件控製模式下，外部CPU通過2線或3線方式訪問其內部所有寄存器並設置參數。WM8741的信噪比達128dB(單聲道)，動態範圍達125dB，通道分離度達130dB，電源抑製比可達-80dB(100mVpp，lkHz)。轉換後的模擬電壓采用差動方式輸出。WM8741的數字部分的供電電壓為3．0～3．6V
，額定工作電壓為3．3V；模擬部分的工作電壓為4．5～5．5V．額定工作電壓為5．0V。該器件采用28引腳SSOP封裝。
　　
3 解碼器硬件設計
　　
3．1硬件組成
　　
圖1是該解碼器硬件結構框圖
，其中數字音頻接收器采用CirrusLogic公司的高速數字音頻接收器CS8416，該器件支持包括S／PDIF在內的多種音頻輸入，取樣頻率範圍為32～192kHz。CS8416通過I2S接口與WM8741相連接。I2S總線隻處理音頻數據，其他控製信號必須單獨傳輸。CS8416的工作原理：接收器把接收到的S／PDIF格式的數字音頻數據進行解碼轉換，同時重建音頻數據中的時鍾並提供給後續WM8741，音頻數據則通過I2S總線接口發送給WM8741。WM8741按(an)照(zhao)設(she)定(ding)的(de)參(can)數(shu)完(wan)成(cheng)數(shu)模(mo)轉(zhuan)換(huan)後(hou)
，再(zai)以(yi)差(cha)分(fen)形(xing)式(shi)輸(shu)出(chu)左(zuo)右(you)通(tong)道(dao)的(de)模(mo)擬(ni)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)
，並(bing)經(jing)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)濾(lv)除(chu)高(gao)頻(pin)諧(xie)波(bo)噪(zao)聲(sheng)
，最(zui)終(zhong)得(de)到(dao)高(gao)質(zhi)量(liang)模(mo)擬(ni)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)。如(ru)果(guo)輸(shu)出(chu)接(jie)口(kou)為(wei)RCA，還需將差分信號轉換為單端信號。
 

3．2數字音頻信號接收模塊
　　
CS8416是數字音頻信號接收電路的核心。在軟件控製方式下，MCU通過SPI或I2C接口沒置參數。該方式還可靈活更改內部配置。在無MCU時則通過硬件控製方式改變其特定引腳電平實現控製。由於本係統中無MCU
，因此采用硬件控製方式。在SDOUT引腳上用一隻47kΩ電阻下拉至地即可，且引腳AUDIO、RCBL、U、C等不能懸空，必須通過一隻47kΩ電阻上拉至高電平或下拉至低電平，以便係統複位後
，CS8416通過檢測這些引腳電平決定其工作狀態。表1為該係統設計的控製引腳的配置。
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CS8416具有多個可選的音頻輸入接口。該係統設計是將CS8416的引腳RXSEL1接高電平，引腳RXSEL0接地，選擇引腳RXP3作為音頻數據輸入接口。音頻時鍾重建通過片上的鎖相環(PLL)實現，該鎖相環不需要過多地改變外部元件即可在很大範圍內鎖定輸入音頻數據中的取樣頻率Fs。但外接電阻電容組成的濾波電路也會影響其頻率變化範圍。為了獲得一個低抖動的重建時鍾
，外接濾波器的電阻電容值如圖2所示。
 

　　
3．3數模轉換模塊
　　
WM874l的I2S輸入接口與CS8416的輸出連接時中間加入100Ω電阻進行緩衝，如圖2所示。WM874l設定硬件控製模式
，即通過特定引腳的上拉或下拉狀態決定其工作狀態，且所有上拉或下拉的電阻均為10kΩ。該係統設計的WM8741控製引腳設置如表2所示。
　　
WM874l內部的主時鍾檢測電路自動確定主時鍾MCLK與采樣時鍾LRCLK關係

，並確定最終采樣速率。盡管WM8741允許MCLK有一定的相位延遲和抖動
，但設計時也應盡量使MCLK與LRCLK同步。數模轉換完成後
，引腳VOULP、VOULN輸出左聲道的差分模擬電壓信號
，引腳VOURP
、VOURN輸出右聲道的差分模擬電壓信號。WM8741數字電路部分工作電壓為3．3V
，模擬部分電源電壓為5V。所有電源引腳都連接一隻10μF鉭電容和一隻0．1μF陶瓷電容進行去耦濾波。數字地與模擬地之間通過一個磁珠連接，以減弱幹擾。 

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3．4模擬信號調理模塊
　　
WM8741輸出的模擬信號中夾雜高次諧波分量，因此需經低通濾波濾除高頻噪聲
，進而得到較為純淨的模擬信號。濾波電路采用LM4562型運算放大器。對於數模轉換電路，在D／A轉換器的後麵需采用3階濾波器才能達到防混疊要求。由LM4562外加電阻電容組成的三階巴特沃斯低通濾波器
，如圖3所示。濾波器是單位增益，通頻帶內平坦度好。經濾波後的信號可直接作為解碼器的平衡信號輸出。當以RCA接口輸出時
，還需把差分信號轉換為單端信號，該轉換電路是由一片LM4562組成的差動放大電路。單端信號經一隻10μF的隔直電容輸出到RCA接口。LM4562采用單獨的±12V電源供電。

　　
3．5設計中應注意的問題
　　
繪製PCB時應注意合理布局，數字元件與模擬元件應分開放置。CS8416的鎖相環的外部濾波電阻電容的布局會影響到音頻時鍾重建的質量，電容應盡量靠近FILT引腳放置
，且最好在同一平麵上，附近最好不要有過孔.

4 結束語
　　
設計實現一個具有24位、192kHz的采樣率的數字音頻解碼器。該解碼器無需MCU控製，電路簡單、穩定性高。但由於采用硬件控製模式

，電路配置具有一定局限性。如果要進一步增加其功能可增加一片MCU，采用軟件控製模式，實現人機交互操作。WM8741優異性能使該解碼器輸出具有較高的動態範圍
，極低的噪聲，可應用於不同的音頻產品。