WM8510型带扬声器驱动程序的单声道编解码器

说明

WM8510是一款低功耗、高质量的单声道编解码器

用于Internet语音协议（VoIP）和数字电话。

该设备集成了对一个伪差分和一个单端输入（手持话筒和扬声器话筒）和包括扬声器或耳机的驱动程序，以及单线输出，使其成为电话设计的理想选择。外部组件由于没有单独的麦克风或需要耳机放大器。

先进的Sigma-Delta转换器与数字转换器一起使用抽取和插值滤波器在采样率为8到48ks/s。

ADC路径中有其他数字滤波选项，为了满足应用过滤，例如“风噪声降低”，加上一个先进的混合信号ALC函数和噪声门是提供。

提供一个片上PLL来产生所需的主控外部参考时钟的时钟。PLL时钟也可以如果系统中其他地方需要，则输出。

WM8510在2.5至3.6V的电源电压下工作，尽管数字核心可以在1.62V以下的电压下工作为了省电。扬声器和单声道输出分别使用提供高达5V的电源，可在以下情况下提高输出功率必修的。芯片的不同部分也可以通电通过可选择的两个或三线控制接口。

WM8510采用方便的28针SSOP封装，在易于使用的软件包中提供高水平的功能。

方块图

特征

单声道编解码器：

音频采样率：8、11.025、16、22.05、24、32、44.1，

48千赫

DAC信噪比93dB，总谐波失真-84dB（'A'-加权@8–48ks/s）

ADC信噪比90dB，总谐波失真-80dB（'A'-加权@8–48ks/s）

带“无盖”连接的片上耳机/扬声器驱动程序

-40mW输出功率输入16Ω/3.3V SPKVDD

-BTL扬声器驱动0.8W至8Ω/5V SPKVDD

耳机线输出

多个模拟输入，加上模拟旁路路径（0或-10dB）

麦克风前置放大器：

两个麦克风接口

-一个伪差分输入

-单端输入

-可编程前置放大器增益

-具有共模抑制的Psuedo差分输入

-ADC通道中的可编程ALC/噪声门

为话筒提供低噪声偏置

其他特点

数字回放限制器

可编程ADC高通滤波器（风噪声降低）

可编程ADC陷波滤波器

片上锁相环

低功率、低电压

-2.5V至3.6V（数字核心：1.62V至3.6V）

-48ks/s模式下功耗<10mA

28针SSOP封装

应用

VoIP电话

数字电话

会议扬声器电话

移动电话免提套件

通用低功耗音频编解码器

术语

1。仅在单端麦克风配置中输入MICN。无失真的最大输入信号为-3dBV。

2。保持时间是从检测到信号太安静到开始增加增益之间的时间长度。是的不适用于在信号太大时降低增益，这种情况不会延迟。

3。上升和下降时间定义为PGA将其增益改变6分贝所需的时间。

4。所有保持、上升和下降时间比例与MCLK成比例

5。信噪比（dB）–SNR是满标度输出和未应用信号。（不使用自动调零或自动静音功能来实现这些结果）。

6。THD+N（dB）–THD+N是（噪声+失真）/信号的rms值的比率。

7。扬声器电源可以限制最大输出电压。如果MONOBOOST=1，那么SPKVDD应该为1.5xAVDD或更高，以防止在输出阶段发生剪辑。

设备描述

导言

WM8510是一款低功耗音频编解码器，结合了高质量的单声道音频DAC和ADC灵活的线路和麦克风输入输出处理。预计将应用于此设备包括VoIP电话、数字电话、会议扬声器电话和移动免提电话装备。

特征

该芯片在使用上具有很大的灵活性，因此可以支持多种不同的操作模式，如跟随：

麦克风输入

提供两个麦克风输入，MICP/MICN和MIC2，允许伪差分麦克风输入或要连接的单端麦克风。这些输入有一个用户可编程增益范围-12dB至+35.25dB使用内部电阻。输入PGA阶段之后增加一个增益级，可以进一步增加+20dB的增益。麦克风偏置输出自可用于偏置麦克风的芯片。可以将信号路由配置为允许手动调整麦克风电平，或允许ALC环路控制麦克风信号电平，即传送。

可选择通过麦克风路径的总增益高达+55.25dB。

灵活的MIC2输入具有集成片上电阻的单输入MIC2的灵活配置允许如果需要，将模拟信号汇总到单个输入。这个可以用作麦克风，线路输入或警告音（哔声）等的输入。此电路的输出可归纳为单声道输出和/或扬声器输出路径，因此允许将音频与“背景音乐”混合按要求等。

侧音衰减

旁路通道允许模拟信号直接传输到输出端，而无需通过ADC还有DAC。对于手机的侧音功能，这种模拟旁路可以衰减。

PGA和ALC操作

在ADC的输入路径中提供可编程增益放大器。这可以手动使用或与混合模拟/数字自动电平控制（ALC）结合使用，以保持记录体积常数。

模数转换器mono ADC使用多位高阶过采样架构以提供最佳低功耗性能。支持不同的采样率，从8ks/s速率通常用于语音听写，高达48ks/s的速率用于高质量音频应用。

高保真DAC

高保真DAC提供适用于所有便携式单声道音频类型的高质量音频播放应用。

数字滤波先进的Sigma-Delta转换器与数字抽取和插值滤波器一起用于以8ks/s到48ks/s的采样率提供高质量音频。

还提供了专用数字滤波器，有助于降低特定噪声的影响“风噪声”等来源。滤波器包括可编程ADC高通滤波器和可编程ADC陷波滤波器。

输出混合和音量调节在设备的输出端提供灵活的混音；在扬声器输出端提供混音器，以及一个额外的单声道输出夏季。这些混频器允许DAC的输出要组合的ADC音量控制和MIC2输入的输出。输出音量可以是使用集成数字音量控制进行调整，并有额外的模拟增益调整扬声器输出能力。

音频接口

WM8510有一个标准的音频接口，支持音频数据的传输芯片。此接口是一个4线标准音频接口，支持多个音频数据格式包括I2S、 DSP模式，MSB优先，左对齐，MSB优先，右对齐，并且可以在主模式或从模式下操作。

控制接口

为了允许对其所有功能进行全软件控制，WM8510提供了2线或3线MPU的选择控制接口。它完全兼容，是广泛行业标准的理想合作伙伴微处理器、控制器和数字信号处理器。2线模式和3线模式之间的选择是由模式管脚的状态决定。如果模式为高，则选择3线控制模式，如果模式为低，然后选择2线控制模式。

在2线模式下，只支持从机操作，设备地址固定为0011010。

时钟方案

WM8510提供正常的音频DAC时钟方案操作，其中256fs MCLK提供给DAC/ADC。

然而，还包括可用于产生内部主时钟频率的PLL如果无法从系统控制器获得。这个锁相环使用一个输入时钟，通常是12MHz USB或ilink时钟，以产生高质量的音频时钟。如果这个PLL不是需要产生这些时钟，它可以重新配置，以产生替代时钟然后可以在CSB/GPIO引脚上输出，并在系统中的其他地方使用。

功率控制

WM8510的设计在不降低功耗的前提下表演。它在低电源电压下工作，包括关闭任何未使用的设备部分电路在软件控制下，包括待机和关机模式。

输入信号路径

WM8510有3个灵活的模拟输入，用于两个独立的麦克风输入。这些输入可以以多种方式使用。ADC之前的输入信号路径有一个灵活的PGA块然后进入增益提升/混频器阶段。

麦克风输入

WM8510可容纳多种话筒配置，包括单端和伪差分输入。通过MICN、MICP和可选MIC2管脚的输入是通过输入PGA放大，如图6所示。

伪差分输入是优先配置，其中输入的正端通过设置MICP2INPPGA=1，PGA连接到MICP输入引脚。麦克风接地然后应该连接到MICN（当MICN2INPPGA=1时）或可选地连接到MIC2（当MIC2_2INPPGA=1）输入引脚。

或者，可以使用MICN2INPPGA设置将单端麦克风连接到MICN输入端到1。输入PGA的非反转端子应通过设置在内部连接到VMIDMICP2INPPGA设置为0。

麦克风输入PGA电路（显示的开关位置用于伪差分麦克风输入）

麦克风2输入

提供了第二个麦克风输入电路MIC2，该电路由一个放大器组成，该放大器可以配置为单个输入信号的反向缓冲器或多个信号的混频器/夏天使用外部电阻的输入。该电路由寄存器位MIC2EN启用。

MIC2输入电路

MIC2模式寄存器位控制输入操作模式：

在缓冲模式（MIC2MODE=0）中，标记为MIC2SW的开关打开，并且MIC2管脚将被缓冲，并通过MIC2电路倒转，只使用内部组件。

在混频器模式（MIC2MODE=1）中，片上输入电阻被旁路，这允许用户在使用外部电阻的多个输入。在这种模式下使用时，将有增益由于内部20kΩ电阻器的相对变化，此路径的变化从一部分到另一部分到更高公差的外部电阻。

输入增强输入升压电路有3个可选输入：输入麦克风PGA输出，MIC2放大器输出和MICP输入引脚（不使用差分麦克风配置时）。

这三个输入可以混合在一起，并具有单独的增益提升/调整，输入升压阶段输入PGA路径可以有+20dB的提升（PGA boost=1）0dB的通过（PGABOOST=0）或者与输入升压电路完全隔离（INPPGAMUTE=1）。

麦克风偏置示意图

模数转换器（ADC）

WM8510使用多位、过采样的sigma-delta ADC通道。多位反馈的使用高过采样率降低了抖动和高频噪声的影响。ADC已满标度输入电平与AVDD成比例。在3.3V电源电压下，满标度电平为1.0Vrms。

任何大于满标度的电压都可能使ADC过载并导致失真。

模数转换器数字滤波器ADC滤波器执行真正的24位信号处理，以转换原始的多位过采样数据从ADC到数字音频接口上输出的正确采样频率。

输入限制器/自动高度控制（ALC）WM8510具有自动pga增益控制电路，可作为输入峰值限制器或作为自动高度控制（ALC）。

在输入峰值限制器模式（ALCMODE位=1）中，当输入信号高于预先设定的水平，并将pga增益降低，以防止信号也变为对于ADC的输入范围较大。当信号恢复到低于阈值的水平时，pga增益缓慢地恢复到初始水平。峰值限制器不能将pga增益增加到高于静态水平。

输入峰值限制器操作在ALC模式（ALCMODE位=0）下，电路旨在保持恒定的记录音量，而不考虑输入信号电平。这是通过不断调整PGA增益来实现的，这样信号电平在ADC输入端保持恒定。数字峰值检测器监控ADC输出并改变必要时获得PGA。

自动高度控制操作

ALC/限制器功能通过设置寄存器位ALCSEL启用。启用时，录制音量可在-6dB和-28.5dB（相对于ADC满刻度）之间编程，使用ALCLVL寄存器位。通过设置ALCMAX可以设置PGA增益的上限通过设置ALCMIN控制位，可以施加控制位和PGA增益的下限。

ALCHLD、ALCDCY和ALCATK分别控制保持、衰减和攻击时间：保持时间是检测到的低于目标的峰值电平和PGA增益之间的时间延迟开始加速。它可以编程为2（2n）次方)步进，例如2.67ms，5.33ms，10.67ms等，最多43.7s。或者，保持时间也可以设置为零。等待时间不是在限制器模式下激活（ALCMODE=1）。保持时间仅适用于增益上升，没有延迟当信号电平高于目标值时，在增益下降之前。衰减（增益上升）时间是PGA增益上升所需的时间，并作为每增益阶跃时间，每6dB变化时间，以及上升超过90%范围的时间。衰变时间可编程为2（2n）次方)步进，从3.3ms/6dB、6.6ms/6dB、13.1ms/6dB等3.36秒/6分贝。

攻击（增益缓降）时间是PGA增益缓降所需的时间，并给出作为每一增益阶跃的时间，每6dB变化的时间和下降超过其范围90%的时间。这个攻击时间可编程为2（2n）次方)步进，从832us/6dB，1.66ms/6dB，3.328us/6dB等，至852ms/6dB。

注意，在峰值限制器模式下，增益控制电路的运行速度大约加快4倍，以减少快高峰。峰值限制器模式的攻击和衰减时间如下所示。

给出的保持时间、衰减时间和攻击时间在整个采样率中是恒定的，只要SR位设置正确。E、 g.当在48kHz下采样时，表8中规定的采样率仅为如果SR位设置为000（48kHz），则为正确。如果实际采样率仅为44.1kHz，则保持，衰减和攻击时间将减少44.1/48。

自动高度控制夹保护

为了防止在一段安静时间后出现大信号时出现削波，自动高度控制电路包括夹子保护功能。如果ADC输入信号超过满标度的87.5%（-1.16dB），则PGA增益以最大攻击率（当ALCATK=0000时）递减，直到信号电平下降低于满量程的87.5%。每当自动高度控制启用时，此功能自动启用。

注：

如果ATK=0000，则夹保护电路对自动高度控制的操作没有影响。它是设计用于在使用长攻击时间时防止剪辑。

噪声当信号非常安静且主要由噪声组成时，自动高度控制功能可能会导致“噪声“抽水”，即在静默期间发出巨大的嘶嘶声。WM8510具有噪声门功能通过比较输入引脚和噪声门的信号电平来防止噪声泵送阈值，长度。噪音门在下列情况下切入：ADC的信号电平[分贝]<波长[分贝]+PGA增益[分贝]+麦克风增益[分贝]这相当于：输入引脚的信号电平[dB]<波长[dB]然后，PGA增益保持不变（防止它像正常情况下那样在信号很安静）。

下表总结了噪声门控制寄存器。波长控制位设置噪声与ADC满标度范围相关的门阈值。阈值以6分贝的步幅调整。

在极限范围内的水平可能会导致不适当的操作，因此应注意函数的设置。注意，噪声门仅与自动高度控制噪声门控制输出信号路径WM8510输出信号路径包括数字应用滤波器、上采样滤波器、高保真DAC，模拟混频器，扬声器和单声道输出驱动器。数字滤波器和数模转换器由位启用达肯。混频器和输出驱动器可以通过单独的控制位单独启用（参见模拟输出）。因此，可以利用WM8510，无论DAC是否正在运行。

WM8510 DAC接收DACDAT引脚上的数字输入数据。数字滤波块处理提供以下功能的数据：

数字音量控制

数字峰值限制器。

Sigma-Delta调制

DAC数字滤波器路径

DAC的模拟输出可以与MIC2模拟输入和ADC混合模拟输入。混合输入到输出驱动程序、SPKOUTP/N和MONOOUT。

MONOOUT：可以驱动16Ω或32Ω耳机或线路输出，也可以是VMID的缓冲版本（当单项=1时）。

SPKOUTP/N：可驱动16Ω或32Ω立体声耳机或立体声线路输出，或8ΩBTL单声道演讲者。

自动静音

DAC具有自动静音功能，在1024个连续零位时应用模拟静音被检测到。一旦检测到非零采样，就会释放静音。自动静音可以是使用AMUTE控制位禁用。

DAC输出限制器WM8510具有数字输出限制器功能。其操作如图14所示。在这个上图显示输入/输出信号的包络，下图显示

增益特性。

DAC数字限制器操作限制器有一个接近0dB的可编程上限。in正常运行（limboust=000=>仅限限）低于此阈值的信号不受限制器。高于阈值上限的信号以特定的攻击率衰减（由直到信号低于阈值。限制器的阈值也较低低于上限1dB。当信号低于下限阈值时，信号为以特定的衰减率放大（由LIMDCY寄存器位控制），直到达到0dB的增益。

两个阈值级别都由LIMLVL寄存器位控制。阈值上限高于0.5dB由LIMLVL编程的值和较低的阈值比LIMLVL值低0.5dB。

音量增大

限制器具有可编程的上增益，可将信号提升至低于阈值，以压缩信号的动态范围并增加其感知响度。这是一个ALC函数提升能力有限。音量以1dB为单位从0dB增加到+12dB，由LIMBOOST寄存器位。

输出限制器音量提升也可以用作独立的数字增益提升，当限制器已禁用。

模拟输出

WM8510有一个单输出和两个输出SPKOUTP和喷嘴，用于驱动单声道BTL扬声器。这些模拟输出级由SPKVDD提供，能够如图所示，驱动高达1.5V rms信号（相当于3V rms进入桥接扬声器）扬声器和单声道模拟输出单声道和扬声器输出具有可由寄存器控制的输出驱动级位MONOBOOST和SPKBOOST。每个输出级都有一个可选的增益提升1.5x.当该升压被启用时，输出直流电平也被电平移位（从AVDD/2到1.5xAVDD/2），防止信号被剪切。专用放大器用于执行直流电平移位操作。必须使用BUFDCOPEN启用此缓冲区此操作模式的寄存器位。还应注意，如果spkvd不等于或大于超过1.5xAVDD此升压模式可能导致信号削波。总结了SPKBOOST/MONOBOOST控制位。

VREF电阻的禁用输出

一个专用缓冲区可用于连接未使用的模拟I/O引脚。这个可以使用BUFIOEN寄存器位启用缓冲区。

如果设置了SPKBOOST或MONOBOOST位，则相关输出将禁用时，直流电平移位缓冲器为1.5xavd/2。

总结扬声器和单声道输出引脚的连接选项。

耳机输出

扬声器输出可以通过直流阻塞电容器驱动16Ω或32Ω耳机负载，或无电容耦合的直流电。

使用直流阻塞电容器的耳机输出：直流耦合耳机输出：推荐的耳机输出配置

当使用直流阻塞电容器时，它们的电容和负载电阻一起确定下限截止频率fc。增加电容降低fc，提高低音回应。电容值越小，低音响应越小。假设负载为16Ω，并且C1，C2=220微F：fc=1/2πRLC1=1/（2πx 16Ωx 220μF）=45赫兹在直流耦合配置中，耳机“接地”连接到单输出引脚。这个通过设置单值寄存器位，可以将单输出管脚配置为直流输出驱动器。这个此配置中单输出上的直流电压等于SPKOUTP上的直流偏移量因此，不需要直流阻塞电容器。这样可以节省空间和材料便携式应用的成本。

建议仅将直流耦合输出连接到耳机，而不连接到线路输入另一个装置。尽管内置的短路保护可以防止耳机输出，这样的连接可能有噪音，如果另一个设备接地。

单声道输出

单声道输出，可用作线路输出、耳机输出或作为SPKOUT无盖驱动负载的puedo接地。推荐的外部组件如下所示。

线路输出推荐电路

直流闭锁电容器和负载电阻共同决定了较低的截止频率，指挥官。假设负载为10 kΩ，C1=1μF：fc=1/2π（RL+R1）C1=1/（2πx 10.1kΩx 1μF）=16赫兹增加电容会降低fc，提高低音响应。C1的较小值将减小低音响应。R1的功能是在使用时保护线路输出不受损坏不恰当。

数字音频接口音频接口有四个管脚：

ADCDAT:ADC数据输出

DACDAT：DAC数据输入

帧：数据校准时钟

BCLK：位时钟，用于同步当WM8510作为主机工作时，时钟信号BCLK和帧可以被输出，或者当它是从机时的输入（见下面的主模式和从机模式操作）。

支持五种不同的音频数据格式：

左对齐

右对齐

I2类

S公司

数字信号处理器模式A

数字信号处理器模式B

主从模式操作

WM8510音频接口可以配置为主接口或从接口。作为主界面设备WM8510生成BCLK和帧，从而控制数据传输的顺序在ADCDAT和DACDAT上。要将设备设置为主模式，应将寄存器位MS设置为高。在从机模式（MS=0），WM8510通过数字音频接收到的时钟数据进行响应接口。

音频数据格式在左对齐模式下，MSB在帧后BCLK的第一个上升沿上可用过渡。然后按顺序发送LSB之前的其他位。根据字长，BCLK频率和采样率，在每个帧转换之前可能有未使用的BCLK周期。

左对齐音频接口（假定n位字长）在右对齐模式下，LSB在帧前BCLK的最后一个上升沿上可用过渡。所有其他位在（MSB优先）之前传输。根据字长，BCLK频率和采样率，在每个帧转换之后可能有未使用的BCLK周期。

右对齐音频接口（假定n位字长）

S模式下，MSB在帧转换后BCLK的第二上升沿上可用。然后按顺序发送LSB之前的其他位。根据字长，BCLK频率和采样率，一个采样的LSB和下一个的MSB。

S音频接口（假定n位字长）在数字信号处理器/动力系统控制模块模式下，左声道主配电板可在1档（模式B）或2档（模式A）上使用BCLK的上升沿（可由FRAMEP选择）跟随帧的上升沿。取决于单词长度、BCLK频率和采样率，在右声道数据和下一个示例。

数字信号处理器/动力系统控制模块模式音频接口（模式A，帧=0）

数字信号处理器/动力系统控制模块模式音频接口（模式B，帧=1）在数字信号处理器/动力系统控制模块模式下使用ADCLRSWAP=1或DACLRSWAP=1时，数据将出现在帧的右相位，即帧脉冲后的16/20/24/32位。

建议的上/下电顺序

为了最小化输出弹出和点击噪声，建议使用WM8510设备

使用以下顺序之一上下电：

不使用输出1.5x升压级时通电：

一。打开外部电源。等待电源电压稳定。

2。设置BIASEN=1，BUFIOEN=1以及电源管理中的VMIDSEL[1:0]位

1个寄存器。*注1和2。

三。等待VMID供应结算。*注2。

四。通过设置DACEN=1启用DAC。

5个。根据需要启用混合器。

6。根据需要启用输出阶段。

7号。通过设置DACMU=0取消DAC的静音。

使用输出1.5x升压级时通电：

1。打开外部电源。等待电源电压稳定。

2。启用1.5x输出增强。根据需要设置MONOBOOST=1和SPKBOOST=1。

3。设置BIASEN=1，BUFIOEN=1，BUFDCOPEN=1以及电源管理1寄存器。*注1和2。

4。等待VMID供应结算。*注2。

5。通过设置DACEN=1启用DAC。

6。根据需要启用混合器。

7。根据需要启用输出阶段。

8。通过设置DACMU=0取消DAC的静音。断电（所有情况下）：

1。通过设置DACMU=1使DAC软静音。

2。禁用所有输出阶段。

3。关闭外部电源。

笔记：

2。此步骤启用内部设备偏移缓冲区和未分配的VMID缓冲区输入/输出。这将为所有输入和输出提供启动参考电压。这个遗嘱使输入和输出向VMID倾斜（不使用输出1.5x boost）或1.5x（AVDD/2）（使用输出1.5x boost）以可控制和可预测的方式（见注2）。

2。根据启动时间选择VMIDSEL位的值（VMIDSEL=10表示最慢启动，VMIDSEL=11表示最快的启动）。启动时间由VMIDSEL的值定义位（参考阻抗）和VMID上的外部去耦电容。

除上电顺序外，建议在以下情况下使用过零功能更改PGA中的音量以避免听到任何砰的一声或咔嗒声。