用数字音频分压计DS1808优化音频性能(图)

引言
　　DS1808是MAXIM公司推出的一种新型双通道、数字控制式、对数斜率音频分压计，为需要低THD和串扰的应用提供高性能的立体声音量控制。利用±12V的电源，它的信号摆幅能力可以达到24Vp-p，而且它允许低端接地以简化用户的设计。DS1808有33个档位，提供从0dB到60dB的衰减，而且它的静噪功能还能提供大于90dB的衰减。通过一条2线接口就可以控制DS1808，该接口提供的地址可以让多达8个DS1808同时连接在一条2线总线上。本文将通过硬件和软件的实践介绍DS1808在音频系统中的应用。

应用双电源数字分压器的基本音频电路
　　在很多情况下，如信号的电压范围在分压计电源电压范围内，而且需要的输出电流小于分压计的额定电流时，双电源数字分压计可以直接替换机械式分压计。所示为一个应用DS1808的简单音频电路。
　　只要输入电压小于Vcc且大于Vb，该电路就能正常工作。输入信号是由音频源耦合来的交流信号，在输出端串联了一个电容，从而保证了输出信号也是交流耦合信号。根据2线总线设定的DS1808内部寄存器状态，DS1808将对通过输入端电容后的音频信号进行衰减。DS1808的刻度为对数斜率刻度，从0dB到12dB每档衰减1dB，从14dB到36dB每档衰减2dB，从39dB到60dB每档衰减3dB。DS1808内部寄存器的一个状态为静噪，可以提供大于90dB的衰减。分压计刮片的输出信号将由固定增益为7.8V/V(17.8dB)运算放大器放大。该运算放大器用做电压缓冲器，因为其输入阻抗很大，所以通过设计可以使DS1808的刮片电流小于规定的1mA。

DS1808的软件
　　通过一个2线接口来控制DS1808。2线是类似于I2C的简单协议，可以很容易地用一片单片机实现。DS1808有两个开放的集电极I/O线，分别称为SDA(串口数据)和SCL(串口时钟)线。当总线处于未使用状态时，通常将这两条线接3V或5V电源，置于高电平。单片机和作为从设备的DS1808都可以将数据置于总线上，但只有作为主设备的单片机才能控制时钟速率。
　　所有简单任务均可由2线设备来实现，如获取总线的控制权(开始状态)、读/写1个字节、确认DS1808的握手过程和释放总线(停止状态)。DS1808先使用一个简单的协议来检测其是否已经被编址，然后才执行相关的任务。

地址和数据协议
　　虽然2线允许多个从设备连接在同一条总线上，但是必须为连接在总线上的不同部分进行编址，使每一部分都有一个惟一的地址字节。在发送一条新信息之前，首先发送地址字节，这样只有指定的部分才能接收该信息，并响应此次通信。
　　DS1808的地址字节如表1所示。第7至第4位始终为“0101”，第3、2、1位对应于器件上的地址引脚(引脚2、3、5)状态。外部地址引脚的状态至多可以确定8个惟一的地址，所以在一条总线上至多可以连接8个DS1808。第0位用于确定一个读操作或写操作是否发生。在读/写位后，总线将提供一个时钟周期低电平确认信号，确认作为从设备的DS1808。该信号为主设备产生的信号，它表明一个从设备已经验证了它的地址，并开始处理信息。在发信过程中，将首先发送所有字节中的字节。
表1 DS1808的地址

　　发送完地址字节后，DS1808将开始发送或接收数据，数据格式如表2所示。第7位指示位置占有，在写操作时置为0或1，在读操作时置为0。第6位是分压计通道选择位，用于选择编址DS1808中的两个分压计。若该位为0，分压计0将被编址；若为1，分压计1将被编址。第5至0位用于设置分压计的位置。
表2 DS1808分压计控制字节内容

应用DS1808的改进电路
　　DS1808是低THD、低串扰的音频分压计。其典型的THD仅为0.0006%，20kHz时的典型串扰为-105dB。所示电路是一个经实际应用证实效果很好的硬件设计。其优点是放大级在DS1808之前，这样任何可能存在的开关噪声将不会在放大级被放大；二是刮片和地之间连接了一个小电容，它将滤掉任何可能存在的开关噪声。
　　该电路输入信号的限制条件与中电路相同，信号的电压范围在分压计电源电压范围内，否则会产生削顶失真。经试用证明，该电路在音响系统中的工作效果很好，这是因为其运算放大器具有较高的阻抗，在输入电容后的50kΩ接地电阻可以为放大器提供一个直流偏压。缺少该电阻，则输入将会漂移至某个非零状态，并导致音频信号失真。

总结
　　在很多系统中，通常将DS1808置于系统放大级之后，从而改善系统的信噪比。刮片到地连接一个小电容，用来过滤部分开关噪声。另外，DS1808内部没有过零探测器，因此其调节音量的步进值为1dB。