ZHCSUA8 December   2023 PCM5140-Q1

ADVANCE INFORMATION  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 器件比较表
  6. 5 引脚配置和功能
  7. 6 规格
    1. 6.1  绝对最大额定值
    2. 6.2  ESD 等级
    3. 6.3  建议运行条件
    4. 6.4  热性能信息
    5. 6.5  电气特性
    6. 6.6  时序要求：I2C 接口
    7. 6.7  开关特性：I2C 接口
    8. 6.8  时序要求：SPI 接口
    9. 6.9  开关特性：SPI 接口
    10. 6.10 时序要求：TDM、I2S 或 LJ 接口
    11. 6.11 开关特性：TDM、I2S 或 LJ 接口
    12. 6.12 时序要求：PDM 数字麦克风接口
    13. 6.13 开关特性：PDM 数字麦克风接口
    14. 6.14 典型特性
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  串行接口
        1. 7.3.1.1 控制串行接口
        2. 7.3.1.2 音频串行接口
          1. 7.3.1.2.1 时分多路复用 (TDM) 音频接口
          2. 7.3.1.2.2 IC 间音频 (I2S) 接口
          3. 7.3.1.2.3 左对齐 (LJ) 接口
        3. 7.3.1.3 通过共享总线使用多个器件
      2. 7.3.2  锁相环 (PLL) 和时钟生成
      3. 7.3.3  输入通道配置
      4. 7.3.4  基准电压
      5. 7.3.5  可编程麦克风偏置
      6. 7.3.6  信号链处理
        1. 7.3.6.1 可编程通道增益和数字音量控制
        2. 7.3.6.2 可编程通道增益校准
        3. 7.3.6.3 可编程通道相位校准
        4. 7.3.6.4 可编程数字高通滤波器
        5. 7.3.6.5 可编程数字双二阶滤波器
        6. 7.3.6.6 可编程通道加法器和数字混频器
        7. 7.3.6.7 可配置数字抽取滤波器
          1. 7.3.6.7.1 线性相位滤波器
            1. 7.3.6.7.1.1 采样速率：8kHz 或 7.35kHz
            2. 7.3.6.7.1.2 采样速率：16kHz 或 14.7kHz
            3. 7.3.6.7.1.3 采样速率：24kHz 或 22.05kHz
            4. 7.3.6.7.1.4 采样速率：32kHz 或 29.4kHz
            5. 7.3.6.7.1.5 采样速率：48kHz 或 44.1kHz
            6. 7.3.6.7.1.6 采样速率：96kHz 或 88.2kHz
            7. 7.3.6.7.1.7 采样速率：192kHz 或 176.4kHz
            8. 7.3.6.7.1.8 采样速率：384kHz 或 352.8kHz
            9. 7.3.6.7.1.9 采样速率：768kHz 至 705.6kHz
          2. 7.3.6.7.2 低延迟滤波器
            1. 7.3.6.7.2.1 采样速率：16kHz 或 14.7kHz
            2. 7.3.6.7.2.2 采样速率：24kHz 或 22.05kHz
            3. 7.3.6.7.2.3 采样速率：32kHz 或 29.4kHz
            4. 7.3.6.7.2.4 采样速率：48kHz 或 44.1kHz
            5. 7.3.6.7.2.5 采样速率：96kHz 或 88.2kHz
            6. 7.3.6.7.2.6 采样速率：192kHz 或 176.4kHz
          3. 7.3.6.7.3 超低延迟滤波器
            1. 7.3.6.7.3.1 采样速率：16kHz 或 14.7kHz
            2. 7.3.6.7.3.2 采样速率：24kHz 或 22.05kHz
            3. 7.3.6.7.3.3 采样速率：32kHz 或 29.4kHz
            4. 7.3.6.7.3.4 采样速率：48kHz 或 44.1kHz
            5. 7.3.6.7.3.5 采样速率：96kHz 或 88.2kHz
            6. 7.3.6.7.3.6 采样速率：192kHz 或 176.4kHz
            7. 7.3.6.7.3.7 采样速率：384kHz 至 352.8kHz
      7. 7.3.7  动态范围增强器 (DRE)
      8. 7.3.8  自动增益控制器 (AGC)
      9. 7.3.9  数字 PDM 麦克风录音通道
      10. 7.3.10 中断、状态和数字 I/O 引脚多路复用
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 硬件关断
      2. 7.4.2 睡眠模式或软件关断
      3. 7.4.3 工作模式
      4. 7.4.4 软件复位
    5. 7.5 编程
      1. 7.5.1 控制串行接口
        1. 7.5.1.1 I2C 控制接口
          1. 7.5.1.1.1 常规 I2C 操作
          2. 7.5.1.1.2 I2C 单字节和多字节传输
            1. 7.5.1.1.2.1 I2C 单字节写入
            2. 7.5.1.1.2.2 I2C 多字节写入
            3. 7.5.1.1.2.3 I2C 单字节读取
            4. 7.5.1.1.2.4 I2C 多字节读取
        2. 7.5.1.2 串行外设接口 (SPI) 控制接口
    6. 7.6 寄存器映射
      1. 7.6.1 器件配置寄存器
        1. 7.6.1.1 寄存器说明
          1. 7.6.1.1.1  PAGE_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x00）[复位 = 0h]
          2. 7.6.1.1.2  SW_RESET 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x01）[复位 = 0h]
          3. 7.6.1.1.3  SLEEP_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x02）[复位 = 0h]
          4. 7.6.1.1.4  SHDN_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x05）[复位 = 5h]
          5. 7.6.1.1.5  ASI_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x07）[复位 = 30h]
          6. 7.6.1.1.6  ASI_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x08）[复位 = 0h]
          7. 7.6.1.1.7  ASI_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x09）[复位 = 0h]
          8. 7.6.1.1.8  ASI_CH1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x0B）[复位 = 0h]
          9. 7.6.1.1.9  ASI_CH2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x0C）[复位 = 1h]
          10. 7.6.1.1.10 ASI_CH3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x0D）[复位 = 2h]
          11. 7.6.1.1.11 ASI_CH4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x0E）[复位 = 3h]
          12. 7.6.1.1.12 ASI_CH5 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x0F）[复位 = 4h]
          13. 7.6.1.1.13 ASI_CH6 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x10）[复位 = 5h]
          14. 7.6.1.1.14 ASI_CH7 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x11）[复位 = 6h]
          15. 7.6.1.1.15 ASI_CH8 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x12）[复位 = 7h]
          16. 7.6.1.1.16 MST_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x13）[复位 = 2h]
          17. 7.6.1.1.17 MST_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x14）[复位 = 48h]
          18. 7.6.1.1.18 ASI_STS 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x15）[复位 = FFh]
          19. 7.6.1.1.19 CLK_SRC 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x16）[复位 = 10h]
          20. 7.6.1.1.20 PDMCLK_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x1F）[复位 = 40h]
          21. 7.6.1.1.21 PDMIN_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x20）[复位 = 0h]
          22. 7.6.1.1.22 GPIO_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x21）[复位 = 22h]
          23. 7.6.1.1.23 GPO_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x22）[复位 = 0h]
          24. 7.6.1.1.24 GPO_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x23）[复位 = 0h]
          25. 7.6.1.1.25 GPO_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x24）[复位 = 0h]
          26. 7.6.1.1.26 GPO_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x25）[复位 = 0h]
          27. 7.6.1.1.27 GPO_VAL 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x29）[复位 = 0h]
          28. 7.6.1.1.28 GPIO_MON 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x2A）[复位 = 0h]
          29. 7.6.1.1.29 GPI_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x2B）[复位 = 0h]
          30. 7.6.1.1.30 GPI_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x2C）[复位 = 0h]
          31. 7.6.1.1.31 GPI_MON 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x2F）[复位 = 0h]
          32. 7.6.1.1.32 INT_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x32）[复位 = 0h]
          33. 7.6.1.1.33 INT_MASK0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x33）[复位 = FFh]
          34. 7.6.1.1.34 INT_LTCH0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x36）[复位 = 0h]
          35. 7.6.1.1.35 BIAS_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x3B）[复位 = 0h]
          36. 7.6.1.1.36 CH1_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x3C）[复位 = 0h]
          37. 7.6.1.1.37 CH1_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x3D）[复位 = 0h]
          38. 7.6.1.1.38 CH1_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x3E）[复位 = C9h]
          39. 7.6.1.1.39 CH1_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x3F）[复位 = 80h]
          40. 7.6.1.1.40 CH1_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x40）[复位 = 0h]
          41. 7.6.1.1.41 CH2_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x41）[复位 = 0h]
          42. 7.6.1.1.42 CH2_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x42）[复位 = 0h]
          43. 7.6.1.1.43 CH2_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x43）[复位 = C9h]
          44. 7.6.1.1.44 CH2_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x44）[复位 = 80h]
          45. 7.6.1.1.45 CH2_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x45）[复位 = 0h]
          46. 7.6.1.1.46 CH3_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x46）[复位 = 0h]
          47. 7.6.1.1.47 CH3_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x47）[复位 = 0h]
          48. 7.6.1.1.48 CH3_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x48）[复位 = C9h]
          49. 7.6.1.1.49 CH3_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x49）[复位 = 80h]
          50. 7.6.1.1.50 CH3_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4A）[复位 = 0h]
          51. 7.6.1.1.51 CH4_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4B）[复位 = 0h]
          52. 7.6.1.1.52 CH4_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4C）[复位 = 0h]
          53. 7.6.1.1.53 CH4_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4D）[复位 = C9h]
          54. 7.6.1.1.54 CH4_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4E）[复位 = 80h]
          55. 7.6.1.1.55 CH4_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x4F）[复位 = 0h]
          56. 7.6.1.1.56 CH5_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x52）[复位 = C9h]
          57. 7.6.1.1.57 CH5_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x53）[复位 = 80h]
          58. 7.6.1.1.58 CH5_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x54）[复位 = 0h]
          59. 7.6.1.1.59 CH6_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x57）[复位 = C9h]
          60. 7.6.1.1.60 CH6_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x58）[复位 = 80h]
          61. 7.6.1.1.61 CH6_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x59）[复位 = 0h]
          62. 7.6.1.1.62 CH7_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x5C）[复位 = C9h]
          63. 7.6.1.1.63 CH7_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x5D）[复位 = 80h]
          64. 7.6.1.1.64 CH7_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x5E）[复位 = 0h]
          65. 7.6.1.1.65 CH8_CFG2 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x61）[复位 = C9h]
          66. 7.6.1.1.66 CH8_CFG3 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x62）[复位 = 80h]
          67. 7.6.1.1.67 CH8_CFG4 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x63）[复位 = 0h]
          68. 7.6.1.1.68 DSP_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x6B）[复位 = 1h]
          69. 7.6.1.1.69 DSP_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x6C）[复位 = 40h]
          70. 7.6.1.1.70 DRE_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x6D）[复位 = 7Bh]
          71. 7.6.1.1.71 AGC_CFG0 寄存器（页面 = 0x00，地址= 0x70）[复位 = E7h]
          72. 7.6.1.1.72 IN_CH_EN 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x73）[复位 = F0h]
          73. 7.6.1.1.73 ASI_OUT_CH_EN 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x74）[复位 = 0h]
          74. 7.6.1.1.74 PWR_CFG 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x75）[复位 = 0h]
          75. 7.6.1.1.75 DEV_STS0 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x76）[复位 = 0h]
          76. 7.6.1.1.76 DEV_STS1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x77）[复位 = 80h]
          77. 7.6.1.1.77 I2C_CKSUM 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x7E）[复位 = 00h]
      2. 7.6.2 可编程系数寄存器
        1. 7.6.2.1 可编程系数寄存器：页面 = 0x02
        2. 7.6.2.2 可编程系数寄存器：页面 = 0x03
        3. 7.6.2.3 可编程系数寄存器：页面 = 0x04
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 四通道模拟麦克风录音
        1. 8.2.1.1 设计要求
        2. 8.2.1.2 详细设计过程
          1. 8.2.1.2.1 EVM 设置的器件寄存器配置脚本示例
        3. 8.2.1.3 应用曲线
      2. 8.2.2 八通道数字 PDM 麦克风录音
        1. 8.2.2.1 设计要求
        2. 8.2.2.2 详细设计过程
          1. 8.2.2.2.1 EVM 设置的器件寄存器配置脚本示例
    3. 8.3 应做事项和禁止事项
      1. 8.3.1 186
  10. 9 电源相关建议
  11. 10布局
    1. 10.1 布局指南
    2. 10.2 布局示例
  12. 11器件和文档支持
    1. 11.1 文档支持
      1. 11.1.1 相关文档
    2. 11.2 接收文档更新通知
    3. 11.3 支持资源
    4. 11.4 商标
    5. 11.5 静电放电警告
    6. 11.6 术语表
  13. 12修订历史记录
  14. 13机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

7.3.10 中断、状态和数字 I/O 引脚多路复用

该器件中的某些事件可能需要主机处理器干预，并可用于触发主机处理器的中断。一个此类事件是音频串行接口 (ASI) 总线错误。如果检测到 ASI 总线错误时钟出现任何故障，该器件会关闭录音通道，例如：

  • FSYNC 频率无效
  • 无效的 SBCLK 与 FSYNC 之比
  • SBCLK 或 FSYNC 时钟具有长暂停时间

当检测到 ASI 总线时钟错误时，该器件会尽快关闭录音通道。解决所有 ASI 总线时钟错误后，器件音量会恢复到之前的状态，以恢复录音通道。在 ASI 总线时钟错误期间，如果将时钟错误中断屏蔽寄存器位 INT_MASK0[7] (P0_R51_D7) 设置为低电平，则内部中断请求 (IRQ) 中断信号会置为低电平。此外还可以通过锁存故障状态寄存器位 INT_LTCH0 (P0_R54) 回读该时钟故障，该寄存器是一个只读寄存器。读取锁存故障状态寄存器 INT_LTCH0 会清除所有锁存故障状态。此外，该器件可配置为在 GPIO1 或 GPOx 引脚上路由内部 IRQ 中断信号，也可配置为开漏输出，以便这些引脚与其他器件的开漏中断输出进行线与连接。

通过设置 INT_POL (P0_R50_D7) 寄存器位，可以将 IRQ 中断信号配置为低电平有效或高电平有效极性。通过对 INT_EVENT[1:0] (P0_R50_D[6:5]) 寄存器位进行编程，该信号也可以配置为单个脉冲或一系列脉冲。如果中断配置为一系列脉冲，则事件将触发脉冲开始；当读取锁存的故障状态寄存器以确定中断原因时，脉冲将停止。

该器件还支持只读实时状态寄存器，以确定通道是上电还是断电，以及器件是否处于睡眠模式。这些状态寄存器位于 P0_R118 (DEV_STS0) 和 P0_R119 (DEV_STS1) 中。

该器件具有一个多功能 GPIO1 引脚，该引脚可针对所需的特定功能进行配置。此外，如果通道不用于模拟输入录音，则可以通过配置位于 CHx_CFG0 寄存器中的 CHx_INSRC[1:0] 寄存器位，将该通道的模拟输入引脚（INxP 和 INxM）改为多功能引脚（GPIx 和 GPOx）。该器件支持的最大 GPO 引脚数量为四个，而 GPI 引脚的最大数量为四个。表 7-48 展示了这些多功能引脚用于各种功能的所有可能分配。

表 7-48 多功能引脚分配
行引脚功能(4)GPIO1GPO1GPO2GPO3GPO4GPI1GPI2GPI3GPI4
——GPIO1_CFGGPO1_CFGGPO2_CFGGPO3_CFGGPO4_CFGGPI1_CFGGPI2_CFGGPI3_CFGGPI4_CFG
——P0_R33[7:4]P0_R34[7:4]P0_R35[7:4]P0_R36[7:4]P0_R37[7:4]P0_R43[6:4]P0_R43[2:0]P0_R44[6:4]P0_R44[2:0]
A引脚禁用S(1)S（默认值）S（默认值）S（默认值）S（默认值）S（默认值）S（默认值）S（默认值）S（默认值）
B通用输出 (GPO)SSSSSNS(2)NSNSNS
C中断输出 (IRQ)S（默认值）SSSSNSNSNSNS
D辅助 ASI 输出 (SDOUT2)(3)SSSSSNSNSNSNS
EPDM 时钟输出 (PDMCLK)SSSSSNSNSNSNS
FMiCBIAS 开/关输入 (BIASEN)SNSNSNSNSNSNSNSNS
G通用输入 (GPI)SNSNSNSNSSSSS
H主时钟输入 (MCLK)SNSNSNSNSSSSS
IASI 菊花链输入 (SDIN)SNSNSNSNSSSSS
JPDM 数据输入 1 (PDMDIN1)SNSNSNSNSSSSS
KPDM 数据输入 2 (PDMDIN2)SNSNSNSNSSSSS
LPDM 数据输入 3 (PDMDIN3)SNSNSNSNSSSSS
MPDM 数据输入 4 (PDMDIN4)SNSNSNSNSSSSS
(1) S 表示此列中提到的相应 GPIO1、GPOx 或 GPIx 引脚支持 此行中提到的功能。
(2) NS 表示此列中提到的相应 GPIO1、GPOx 或 GPIx 引脚不支持 此行中提到的功能。
(3) 对于高速 ASI 输出，辅助 ASI 输出必须使用 GPIO1 而不是 GPOx。仅当总线速度要求低于 6.144MHz 时，才可以使用 GPOx。
(4) 只有 GPIO1 引脚以 IOVDD 电源为基准，其他 GPOx 和 GPIx 引脚以 AVDD 电源为基准，其主要引脚功能用于 PDMCLK 或 PDMDIN 功能。

每个 GPOx 或 GPIOx 引脚都可以通过使用 GPOx_DRV[3:0] 或 GPIO1_DRV[3:0] 寄存器位独立设置为所需的驱动配置设置。表 7-49 列出了驱动配置设置。

表 7-49 GPIO 或 GPOx 引脚驱动配置设置
P0_R33_D[3:0]：GPIO1_DRV[3:0]GPIO1 的 GPIO 输出驱动配置设置
000GPIO1 引脚设置为高阻抗（悬空）
001GPIO1 引脚设置为驱动为低电平有效或高电平有效
010（默认值）GPIO1 引脚设置为驱动为低电平有效或弱高电平（片上上拉）
011GPIO1 引脚设置为驱动为低电平有效或高阻态（悬空）
100GPIO1 引脚设置为驱动为弱低电平（片上下拉）或高电平有效
101GPIO1 引脚设置为驱动为高阻态（悬空）或高电平有效
110 和 111保留（不使用这些设置）

同样，GPO1 至 GPO4 引脚可以分别使用 GPO1_DRV (P0_R34) 至 GPO4_DRV (P0_R37) 寄存器位进行配置。

当配置为通用输出 (GPO) 时，可以通过写入 GPIO_VAL 或 GPOx_VAL (P0_R41) 寄存器来驱动 GPIO1 或 GPOx 引脚值。当配置为通用输入 (GPI) 时，GPIO_MON (P0_R42) 寄存器可用于读回 GPIO1 引脚的状态。同样，当配置为通用输入 (GPI) 时，GPI_MON (P0_R47) 寄存器可用于读回 GPIx 引脚的状态。
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