16-Bit/18-Bit, 16 X Fs PCM Audio DACs The **AD1851N** is a high-performance, 16-bit digital-to-analog converter (DAC) designed for precision audio applications. Developed by Analog Devices, this integrated circuit (IC) delivers exceptional sound quality with low distortion and high dynamic range, making it suitable for professional audio equipment, digital mixing consoles, and high-fidelity playback systems.  

Featuring a multi-bit architecture, the AD1851N ensures accurate signal conversion with minimal noise and jitter. Its advanced design includes onboard digital filtering, oversampling, and interpolation, which enhance audio clarity and reduce artifacts. The device operates with a single +5V power supply, simplifying system integration while maintaining efficiency.  

The AD1851N supports industry-standard digital audio interfaces, including serial input formats, and provides flexible clocking options for compatibility with various digital signal processors (DSPs) and audio sources. Its robust performance and reliability have made it a preferred choice for engineers seeking high-resolution audio reproduction.  

With its combination of technical precision and ease of implementation, the AD1851N remains a relevant solution for demanding audio applications, balancing performance with practical design considerations. Whether in studio-grade equipment or consumer audio systems, this DAC continues to uphold a reputation for superior sound fidelity.

16-Bit/18-Bit, 16 X Fs PCM Audio DACs# AD1851N Technical Documentation

## 1. Application Scenarios

### Typical Use Cases
The AD1851N is a high-performance, 16-bit monolithic digital-to-analog converter (DAC) primarily designed for  digital audio applications . Its typical use cases include:

-  Professional Audio Equipment : Digital mixing consoles, audio workstations, and mastering systems
-  Consumer Audio Systems : High-fidelity CD players, digital audio receivers, and home theater systems
-  Broadcast Equipment : Digital audio processors and broadcast mixing consoles
-  Instrumentation Systems : Audio measurement equipment and signal generators

### Industry Applications
 Audio Industry : The AD1851N excels in applications requiring high dynamic range and low distortion, making it suitable for:
- Studio recording equipment
- Digital audio broadcasting systems
- Automotive audio systems
- Musical instrument digital interfaces

 Industrial Applications :
- Process control systems requiring precise analog output
- Test and measurement equipment
- Medical imaging audio subsystems

### Practical Advantages and Limitations

 Advantages :
-  High Performance : 16-bit resolution with 96 dB dynamic range
-  Low Distortion : THD+N typically -90 dB at 1 kHz
-  Flexible Interface : Compatible with most digital audio formats
-  Integrated Design : On-chip output amplifier reduces external component count
-  Low Power Consumption : Typically 100 mW operating power

 Limitations :
-  Legacy Component : May require interface adaptation for modern digital systems
-  Limited Sample Rates : Maximum 48 kHz sampling rate may not meet modern high-resolution audio requirements
-  Single-ended Output : Requires external components for differential output configurations
-  Analog Supply Requirements : ±5V supplies needed for optimal performance

## 2. Design Considerations

### Common Design Pitfalls and Solutions

 Power Supply Issues :
-  Pitfall : Inadequate decoupling causing noise and distortion
-  Solution : Implement 0.1 μF ceramic capacitors close to power pins and 10 μF tantalum capacitors for bulk decoupling

 Clock Jitter :
-  Pitfall : Excessive jitter in master clock degrading audio performance
-  Solution : Use low-jitter clock sources and proper clock distribution techniques

 Grounding Problems :
-  Pitfall : Mixed analog/digital ground causing noise coupling
-  Solution : Implement star grounding with separate analog and digital ground planes

### Compatibility Issues with Other Components

 Digital Interface Compatibility :
- The AD1851N uses a  right-justified serial data format 
- May require format conversion when interfacing with left-justified or I²S format sources
- Compatible with most DSP processors and digital audio interfaces

 Voltage Level Compatibility :
- Digital inputs are TTL-compatible (0-5V)
- Analog outputs require ±5V supplies
- May require level shifting when interfacing with 3.3V systems

### PCB Layout Recommendations

 Component Placement :
- Place decoupling capacitors within 5 mm of power pins
- Keep analog and digital sections physically separated
- Position crystal/clock sources away from analog outputs

 Routing Guidelines :
- Use separate ground planes for analog and digital sections
- Route digital signals away from analog signal paths
- Keep output traces short and use controlled impedance where possible
- Implement proper via stitching for ground planes

 Thermal Management :
- Provide adequate copper area for heat dissipation
- Consider thermal vias under the package for improved heat transfer

## 3. Technical Specifications

### Key Parameter Explanations

 Resolution : 16-bit
- Determines the smallest analog output change (1 LSB = Vref/65536)

 Dynamic Range : 96 dB typical
- Ratio of largest to smallest reproducible signal

 Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N) : -90 dB typical at

16-Bit/18-Bit, 16 X Fs PCM Audio DACs specifications of THD+N and signal-to-noise ratioThe AD1851/AD1861 is a monolithic PCM audio DAC. The are 100% tested for all devices.AD1851 is a 16-bit device, while the AD1861 is an 18-bit de-The AD1851/AD1861 operates with ±5 V power supplies, mak-vice. Each device provides a voltage output amplifier, DAC,ing it suitable for home use markets. The digital supply, V , canLserial-to-parallel register and voltage reference. The digital por-be separated from the analog supplies, V and –V , for reducedS Stion of the AD1851/AD1861 is fabricated with CMOS logicdigital crosstalk. Separate analog and digital ground pins areelements that are provided by Analog Devices’ 2 μm ABCMOSalso provided. Power dissipation is 100 mW typical.process. The analog portion of the AD1851/AD1861 is fabri-The AD1851/AD1861 is available in either a 16-pin plastic DIPcated with bipolar and MOS devices as well as thin-filmor a 16-pin plastic SOIC package. Both packages incorporateresistors.the industry standard pinout found on the AD1856 andThis combination of circuit elements, as well as careful designAD1860 PCM audio DACs. As a result, the AD1851/AD1861and layout techniques, results in high performance audio play-is a drop-in replacement for designs where ±5 V supplies haveback. Laser-trimming of the linearity error affords low total har-been used with the AD1856/AD1860. Operation is guaranteedmonic distortion. An optional linearity trim pin is provided toover the temperature range of –25°C to +70°C and over theallow residual differential linearity error at midscale to be elimi-voltage supply range of ±4.75 V to ±5.25 V.nated. This feature is particularly valuable for low distortionreproductions of low amplitude signals. Output glitch is alsoPRODUCT HIGHLIGHTSsmall, contributing to the overall high level of performance. Thel. AD1851 16-bit resolution provides 96 dB dynamic range.output amplifier achieves fast settling and high slew rates, pro-AD1861 18-bit resolution provides 108 dB dynamic range.viding a full ±3 V signal at load currents up to 8 mA. When2. No external components are required.used in current output mode, the AD1851/AD1861 provides a±1 mA output signal. The output amplifier is short circuit3. Operates with ±5 V supplies.protected and can withstand indefinite shorts to ground.4. Space saving 16-pin SOIC and plastic DIP packages.The serial input interface consists of the clock, data and latch5. 100 mW power dissipation.enable pins. The serial 2s complement data word is clocked into6. High input clock data rates and 1.5 μs settling time permitsthe DAC, MSB first, by the external clock. The latch enable23, 43, 83 and 163 oversampling.signal transfers the input word from the internal serial inputregister to the parallel DAC input register. The AD1851 input7. ±3 V or ±1 mA output capability.clock can support a 12.5 MHz data rate, while the AD1861 in-8. THD + Noise and SNR are 100% tested.put clock can support a 13.5 MHz data rate. This serial input9. Pin-compatible with AD1856 & AD1860 PCM audio DACs.port is compatible with second generation digital filter chipsused in consumer audio products. These filters operate at over-sampling rates of 23, 43, 83 and 163 sampling frequencies.REV. AInformation furnished by Analog Devices is believed to be accurate andreliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for itsuse, nor for any infringements of patents or other rights of third partiesOne Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106,  U.S.A.which may result from its use. No license is granted by implication orotherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Tel: 617/329-4700 Fax: 617/326-8703(T @ +258C and 65 V supplies, unless otherwise noted)AD1851/AD1861–

16-Bit/18-Bit, 16 X Fs PCM Audio DACs# AD1851N Technical Documentation

*Manufacturer: Analog Devices Inc. (ADI)*

## 1. Application Scenarios

### Typical Use Cases
The AD1851N is a complete monolithic 16-bit digital-to-analog converter (DAC) system designed for high-performance audio applications. Its primary use cases include:

 Digital Audio Systems 
- Professional audio mixing consoles and recording equipment
- High-fidelity consumer audio systems (CD players, digital audio workstations)
- Broadcast studio equipment and mastering systems
- Musical instrument digital interfaces (MIDI) and electronic instruments

 Measurement and Instrumentation 
- Audio test equipment requiring precise signal generation
- Automated test systems for audio component validation
- Laboratory-grade signal sources for acoustic research

 Industrial Applications 
- Audio feedback systems in industrial automation
- Warning and notification systems requiring high-quality audio output
- Embedded systems with audio playback capabilities

### Industry Applications

 Professional Audio Industry 
The AD1851N excels in professional environments where audio quality is paramount. Its 16-bit resolution and low distortion characteristics make it suitable for:
- Studio recording equipment
- Live sound reinforcement systems
- Broadcast audio processing
- Post-production facilities

 Consumer Electronics 
- High-end home theater systems
- Premium automotive audio systems
- Professional-grade musical instruments and synthesizers
- Audio restoration and archival systems

 Telecommunications 
- High-quality voice processing systems
- Conference call equipment
- Digital telephone exchanges requiring premium audio quality

### Practical Advantages and Limitations

 Advantages: 
-  Complete System Integration : Includes on-chip digital filters, voltage reference, and output amplifiers
-  High Performance : 16-bit resolution with 96 dB dynamic range
-  Low Distortion : Typical THD+N of -92 dB at 1 kHz
-  Flexible Interface : Compatible with various digital audio formats
-  Single +5V Supply Operation : Simplifies power management
-  Robust Design : Industrial temperature range operation (-40°C to +85°C)

 Limitations: 
-  Resolution : Limited to 16-bit in an era of 24-bit audio systems
-  Sampling Rate : Maximum 50 kHz may not meet modern high-resolution audio requirements
-  Legacy Component : May require interface adaptation for modern digital systems
-  Power Consumption : Higher than contemporary low-power DAC solutions

## 2. Design Considerations

### Common Design Pitfalls and Solutions

 Power Supply Issues 
-  Pitfall : Inadequate decoupling causing noise and distortion
-  Solution : Implement comprehensive decoupling with 0.1 μF ceramic capacitors placed close to power pins and 10 μF tantalum capacitors for bulk storage

 Clock Jitter Problems 
-  Pitfall : Excessive clock jitter degrading audio performance
-  Solution : Use low-jitter clock sources and maintain clean clock signal routing away from digital noise sources

 Grounding Mistakes 
-  Pitfall : Improper ground plane partitioning causing digital noise in analog outputs
-  Solution : Implement star grounding with separate analog and digital ground planes connected at a single point

### Compatibility Issues with Other Components

 Digital Interface Compatibility 
- The AD1851N uses a proprietary serial interface that may require level shifting or protocol conversion when interfacing with modern digital signal processors
- Compatible with most DSPs from the era but may need interface logic for contemporary microcontrollers

 Voltage Level Matching 
- Digital inputs require TTL-compatible levels (0.8V max for low, 2.0V min for high)
- Output voltage swings may require additional amplification for certain applications

 Timing Considerations 
- Critical setup and hold times must be observed for reliable data transfer
- Maximum clock frequency of 12.8 MHz limits system design flexibility

### PCB Layout Recommendations

 Power Distribution 
- Use separate power planes for analog and digital sections
- Implement multiple