一款发烧DAC音频解码器的设计与制作

一款发烧DAC音频解码器的设计与制作

摘要：随着数字音频时代的来临，数字音源也不断丰富，然而这些数字音频设备内建的DAC采用一体化设计，易受干扰，解码出来的声音并不尽人意。一般的数字音源如CD、DVD、网络机顶盒等都配备了光纤和同轴输出接口，把数字音频信号绕开机内的DAC，直接送到专门的音频解码器，由专门的解码器完成D/A转换，实现声音的高保真重放。本文本着hi-fi的设计原则，设计一款立体声DAC音频解码器，由LM317、TL431组成多路甲类并联稳压供电，采用经典的高性能的CS8412-CP负责数字信号的接收与解调、DF1700P数字滤波、R-2R架构的PCM1702-K做D/A转换、挑选发烧运放担任I/V和LPF，完成数字信号的接收并转换成高保真的音频信号，再通过一级电子管校音线路，输出驱动信号可以直接推动后级的甲类晶体管功放。实现hi-fi 效果的重放。

关键词：DAC音频解码器 PCM1702-K 电子管校音

高保真甲类并联稳压

1. 引言：

一些低中档数字音源输出的音频声音生硬，数码声重，音质刺耳烦躁，不耐听，满足不了音响发烧友的听觉需求。主要是因为这些机器内建的音频DAC性能差，模拟滤波、放大器件普通，供电也过于简单造成。好在这些机器一般都配有光纤或者同轴输出端口，提供数字音频信号输出，供高档的DAC音频解码还原高保真的声音。有动手能力的烧友都喜欢DIY一台高性能的DAC音频解码器以重放hi-fi的音响效果，满足自己的听觉需求。

2. DAC音频解码器电路的设计

2.1 DAC音频解码器电路组成

DAC音频解码器由数字信号接收器、数字滤波器、D/A转换器、I/V转换器、LPF滤波器将数字音频还原还原成模拟音频信号，再通过电子管组成的和田茂氏线路校音、开机延迟吸合电路控制输出模拟音频信号推动后级功放。电路的组成及其信号流如图1：

图1 DAC音频解码器组成及信号流程

2.2 数字信号接收与音频解码电路

数字信号的接收与解码电路关系到音频信号还原的质量，想要得到高保真的声音，必需采用高性能的器件担当音频DAC解码的重任，这是重点部分，电路原理图见图2，下面对其原理作进一步的分析：

2.2.1 数字信号接收器

数字信号接收采用美国CRYSTAL公司的带有PLL的解调芯片

CS8412-CP担任，能自动识别32K-48K采样率。外部数字音源通过光纤线送来的信号被光纤接收头TORX179接收并转化成电信号，经电容C201、C202耦合到IC201的10脚，外来同轴信号（或者CN5插上音频蓝牙模块输出的同轴信号）经C203耦合到IC201的9脚,IC201内部自动识别信号源并将其选通，省去输入切换开关，简化电路。当然光纤和同轴不能同时有信号输入，否则IC201无输出。信号通过IC201内部处理，恢复时钟和同步信号，并把音频信号和数字数据进行分离，由12、11、26脚输出音频串行数据SCK(串行时钟)、LRCK（左右时钟）和SDATA（串行数据），音频串行输出信号的格式受M0、M1、M2、M3控制，M3=0时为标准串行格式，应用时置M3=0，M0、M1、M2设置与对应的8种音频数据输出格式见表1，应用时设置模式根据后接数字滤波，D/A芯片而定。

表1 CS8412-CP 采样频率与输出格式设置

2.2.2 数字滤波器

数字滤波器的作用是把接收解调后的数据信号进行运算，完成超采样、实现升频或降频，也可以进行I2S之类的格式转换，本机采用了BB公司28脚双列直插封装的DF1700P数字滤波器，具备8X超采样，其引脚功能与内部结构如图3

图3 DF1700P引脚功能与内部结构

6脚、7脚外接16.9344MHZ晶振，为了更好实现信号的同步性，16.9344MHZ主时钟信号（MCK）直接由IC201的19脚提供， 26、12、11脚将SDATA、SCK、FSYNC数据送到DF1700P的1、2、28脚，进入DF1700P内部运算，从24、23脚输出左右通道音频数据流，25脚输出WCK、26脚输出BCK进入音频解码级。DF1700P的3、4脚设置采样率，16 、17脚切换比特率。3、4，16、17脚设置与对应采样率、比特率见下表2：

表2 DF1700P 采样率与比特率设置

2.2.3 音频解码器

这部分是DAC音频解码器的核心。其实质是一个数模转换器，只不过人们习惯叫音频解码器罢了，在DAC芯片选择上有部分发烧友片面追求器件的高比特数和取样率。认为具有24Bit/96KHz的芯片其音

响效果就一定要好于低位数低取样率的产品。这实际上是一个误解。这里要强调的是作为CD格式其音频数码流为 16Bit/44.1Khz 。这是CD盘的标准。有些CD盘面标定20Bit、24Bit、96Khz、192Khz这是指在录音过程采用的记录格式，在烧录CD光盘时无一例外的要重新编码的16Bit/44.1Khz数据流。作为CD音频DAC解码器都要工作在这个格式下。不同采样率和比特率的芯片其音质是有差别的，高比特及高取样率只能说明该芯片可工作在不同数据流方式及能够达到的精度。因而本机采用具有超低失真、低噪声、线性好的R-2R架构的D/A转换芯片PCM1702-K。PCM1702-K是美国BB公司的高性能D/A转换芯片(K是这型号的最高级别)，两片PCM1702-K担任左右声道的D/A 转换，具有20Bit的精度，完全胜任音频CD的解码。芯片采用了数字+-5V和模拟+-5V分开供电，需要注意的是5脚为数字-5V的供电端，静态电流达30mA电源设计要考虑其功耗。PCM1702-K的1、2、6脚分别接收来自DF1700送来的DATA、BCK、WCK信号，经内部D/A转换后，从11脚输出音频电流信号，11脚输出的音频电流具有超低失真、低噪声、线性好的特点。

2.2.4 I/V转换器

从PCM1702输出的电流信号比较弱，大约为1mA左右，所以需要一个I/V转换器将PCM1702-K的电流信号转换成电压信号，由于I/V 转换级对音色的影响极大，在设计上本机采用了JRC公司旗舰版高性能双运放musec02来担任I/V转换。musec02在日本音响届被号称"原音守护神"，其声音谐波丰富，解析力高，音场宽广，层次分明，声音醇厚而通透，是一种音效全面的发烧运放。与反馈电阻并联的电容取100-220P比较合适，取值太大会影响运放的速率，影响高音的细节。

2.2.5 LPF滤波器

数字音频经过PCM1702-K进行D/A转换后，还需要一个LPF低通滤波器，去掉信号中不必要的高频成分，去除高频干扰。常见的有源低通滤波有巴特沃斯滤波器、切尔雪夫滤波器等等，然而本机采用了BB公司专门为R-2R架构设计的GIC低通滤波器，有很好的线性相位