来源：《国外电子元器件》

摘要：第三产业4201 USB音频器件是Dallas半导体公司为解决USB数字音频再现接口而专门设计的一种专用集成电路，它符合下一代的PC系统和音频标准。文中介绍了DS4201的结构原理、基本操作和典型的应用电路。 关键词：USB 音频 DAC DS4201 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） 引脚号 引脚名称 类 型 功 能 13 D+ I/O USB数据-差分数据对正信相号 12 D- I/O USB数据-差分反相信号 5 SPM I 浮置电源模式（Suspend Power Mode） 25 SUSO O 浮置输出 17 RMIC I 话筒右通道模拟输入 18 LMIC I 话筒左通道模拟输入 15 RAUX I 辅助右通道模拟输入 16 LAUX I 辅助左通道模拟输入 19 ROUT O 右通道模拟音频从混频器输出 20 LOUT O 左通道模拟音频从混频器输出 24 VCM O 所有AC耦合输入的直流偏置点，通常对准中心VREF=0.4VA 23 VREFI I 内部电压参考，应外接一只10μF(或22μF)和0.1μF的滤波电容器 22 VA I 3.0～5.5V模拟电源输入 1 VD I 3.0～5.5V数字电源输入 11 VB I 3.0～3.6V的USB I/F电源输入 4,8,14 DGND I 数字地 21 ANGD I 模拟地 9 X1I I 12.0MHz晶振1输入，也可利用12.0MHz的CMOS时钟源 10 X1O O 晶振1输出 6 X2I I 12.888MHz石英晶振2输入；也可利用12.888MHz的CMOS时钟源 17 X2O O 压电石英晶振2输出 2,3,26,27,28 NC - 不连接，悬空 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 参 数 符 号 Min Typ Max 单 位 模拟电源电压，3V工作 VA 3.0 3.3 3.6 V 模拟电源电压，5V工作 VA 4.5 5.0 5.5 V 数字电源电压，3V工作 VD 3.0 3.3 3.6 V 数字电源电压，5V工作 VD 4.5 5.0 5.5 V USB I/F电源电压 VB 3.0 3.3 3.6 V 输入逻辑0 VIL -0.3 - 0.3 V 输入逻辑1 VIH 2.8 - VD+0.3 V 工作温度 TA 0 25 70 ℃ 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 输入通道 输 出 通 道 1（OUT-L） 2(OUT-R) 1(DAC-L) 1 1 2(DAC-R) 0 1 3(AUX-L) 1 1 4(AUX-R) 0 1 5(MIC-L) 1 1 6(MIC-R) 0 1 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。