基于WM8741的音频解码器设计

　　1 引言

　　音频解码器广泛应用于日常生活中。不同应用场合对音频解码器性能的要求差异很大。而影响音质的因素有多种，如音频编码格式、传输方式、编解码器件的性能等。数模转换是解码电路的关键部分，其性能高低直接影响声音回放质量。为了获得高质量的模拟声音信号，这里设计一种基于高性能立体声数模转换器WM8741的音频解码器设计方案，该系统支持高达24位、192kHz的数字音频信号解码，还支持其他多种速率的标准数字音频信号的输入。

　　2 WM8741简介

　　WM8741是Wolfson微电子公司生产的一款针对高端音频应用的高性能立体声数模转换器，可应用于专业音频系统、家庭影院、A/V接收设备、CD/DVD播放器等。其内部具有抖动数字内插值滤波器、精细分辨率音量控制和数字去加重功能、1个多比特∑-△调制器以及带有差动电压输出的开关电容多位电路级。特有的可编程配置的高级数字滤波器允许用户灵活选择群延时、相位延迟、脉冲响应等。音频输入接口支持I2S、Left-justifted、Right-justified和DSD格式。当以PCM信号输入时，器件能够接收字长度16～32位，采样转换速率32～192kHz。该器件具有硬件和软件两种控制方式，并通过外部引脚进行切换选择。软件控制模式下，外部CPU通过2线或3线方式访问其内部所有寄存器并设置参数。WM8741的信噪比达128dB(单声道)，动态范围达125dB，通道分离度达130dB，电源抑制比可达-80dB(100mVpp，lkHz)。转换后的模拟电压采用差动方式输出。WM8741的数字部分的供电电压为3.0～3.6V，额定工作电压为3.3V;模拟部分的工作电压为4.5～5.5V.额定工作电压为5.0V。该器件采用28引脚SSOP封装。

　　3 解码器硬件设计

　　3.1 硬件组成

　　图1是该解码器硬件结构框图，其中数字音频接收器采用CirrusLogic公司的高速数字音频接收器CS8416，该器件支持包括S/PDIF在内的多种音频输入，取样频率范围为32～192kHz。CS8416通过I2S接口与WM8741相连接。I2S总线只处理音频数据，其他控制信号必须单独传输。CS8416的工作原理：接收器把接收到的S/PDIF格式的数字音频数据进行解码转换，同时重建音频数据中的时钟并提供给后续WM8741，音频数据则通过I2S总线接口发送给WM8741。WM8741按照设定的参数完成数模转换后，再以差分形式输出左右通道的模拟音频信号，并经低通滤波器滤除高频谐波噪声，最终得到高质量模拟电压信号。如果输出接口为RCA，还需将差分信号转换为单端信号。

　　3.2 数字音频信号接收模块

　　CS8416是数字音频信号接收电路的核心。在软件控制方式下，MCU通过SPI或I2C接口没置参数。该方式还可灵活更改内部配置。在无MCU时则通过硬件控制方式改变其特定引脚电平实现控制。由于本系统中无MCU，因此采用硬件控制方式。在SDOUT引脚上用一只47kΩ电阻下拉至地即可，且引脚AUDIO、RCBL、U、C等不能悬空，必须通过一只47kΩ电阻上拉至高电平或下拉至低电平，以便系统复位后，CS8416通过检测这些引脚电平决定其工作状态。表1为该系统设计的控制引脚的配置。