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胆艺轩PCM1798 DAC技术手册

2004年11月22日『胆艺轩』浏览选项：阅读次数：764

      前言
本DAC是专为广大音响制作爱好者设计的一款经济型DAC，D/A芯片的选择上采用当今TI最新的24bit音频D/A转换器PCM1798，目前同级别该类芯片还有ANALOG DEVICE公司出品的AD9155，从电气参数上看，这两种芯片几乎不相上下，连封装都一样，就是可惜管脚不能完全兼容。该芯片是采用CMOS工艺的单片立体声超小型表面安装的音频数模转换器，其数模转换部分采用TI的先进分段数字-模拟转换器工艺实现优秀的动态性能并有效抑制了时基抖动带来的不利影响。数据接收器件选择的是TI公司的DIR1703数字音频接收芯片，该芯片能兼容到最高96KHZ采样频率的音频数据信号，其提供的接口能够兼容当前任何类型的得尔塔-西格玛数字/模拟音频转换器件。本DAC在方便用户调试方面充分借鉴了计算机类板卡的设计经验，所有的设定都通过跳线与拨码开关的格式来完成，操作非常简单。用户需要注意的就是，所有的设定必须在掉电的模式下进行。由于TI芯片的精心设计，该DAC的电路设计非常简单，再经过我们的精心设计，该板的外观尺寸相当得小，布局合理，结构紧凑，每个单元的构成都直观明了，即便是一般的初玩者在经过本DAC焊接调试后，都能很快对DAC有一定的认识，与以往的其他大板子的设计相比，自然另有一番风格，当然器件虽然少，但是其技术指标参数可不低。我们希望通过这款DAC套件的制作，用户能够对DAC的基本原理与工作方式有一个基本的认识，完成从模拟音响向数字音响的迈进，达到这个目的，我们这个套件就完成了使命。

本DAC的详细电路见电气原理接线图。

第一部分：电源供应

在本DAC中，总共有4种电源电压：提供给DIR1703和PCM1798数字信号部分的3.3V电源电压；提供给PCM1798模拟部分的+5V工作电源；提供I/V转换以及LPF通道的对称12V/15V正负电源。在器件的选择上，为了简化电路并提供优秀的电源特性，电源部分全部采用国半的低温飘线性(LDO)三端集成稳压器件。3.3V的三端为LM1086-3.3；+5V的三端为LM2940T-5.0；+12V为LM2940T-12，-12V为LM2990T-12。其中LM2940T与LM2990T都与常规的78/79系列三端稳压器件完全兼容。
交流输入电压引脚定义：
CN1: 1 AC5V
2 AC5V-COM
3 AC7.5V
4 AC7.5V-COM
5 NC
6 AC18V
7 0V
8 AC18V

第二部分：数据输入接口

本DAC输入信号源设计有光纤接收器和RCA接收2种方式，光纤接收器选择TOSHIBA公司的TROX-178S。RCA的输入信号与光纤接收器的输入信号全部进入到数字信号缓冲器器件74HC04中，经过本级缓冲驱动后，两路信号通过信道选择开关再进入到下一级电路。在板子上的JP1为数据引出插座，可以通过开关连接本插座进行控制，如果输入信号为单一RCA或者光纤，则用跳线帽直接搞定。
JP1：信号输入选择
  1-2   CLOSE  RCA IN
  2-3  CLOSE  OPT IN
J1：RCA IN

第三部分：数据接收处理

该部分的核心是DIR1703音频数据接收器，本DAC中，时钟由外部晶振与片内振荡器产生，晶体为24.576Mhz，在这个频率下能够支持到256fs/ 96Khz的数据流格式，该时钟信号同时还将被提供给下一级的D/A转换芯片PCM1798内部的数字滤波器使用。相对来说，本级的电路设定稍微显的要麻烦些，首先要设定系统的时钟频率以及时钟源的产生，其次要设定解码后的数据流的格式规范，但是所有这些设定都已经在PCB板上用文字详细的列表说明，总的来讲，其实芯片的设置已经相当的简化，这都归功于TI公司的优秀电路芯片的设计。

在时钟的产生上，首先DIR1703可以采用外部石英晶体结合内部振荡器产生系统工作时钟信号，这种情况下，系统最高的时钟频率能支持到24.576Mhz；其次DIR1703同样可以采用外部时钟信号发生器产生，在这种情况下，用户可以采用高精度低漂移的时钟发生器，并且时钟信号的最高频率可以达到49.152Mhz，时钟由外部时钟发生器产生并输入到DIR1703内部，由于外部时钟源有多种不同的封装格式，这种时钟产生方式在本DAC设计中并没有预留外部时钟源的安装位置，用户如果需要采用这种时钟产生方式，则需要通过引线方式将时钟信号输入到PCB上来（说明：DIR1703的时钟信号仅支持3.3V电平格式）。

在时钟的内部使用上，dir1703可以使用内部锁相环（PLL）时钟信号，也可以直接使用时钟发生器时钟信号，无论何种使用方式，由于dir1703采用了采样周期自适应跟踪控制方式的新工艺技术，都能够使S/PDIF数据流保证极低的抖动误差。这两种操作方式的外部设定是通过板上的设定开关SW1-1来实现的，当使用PLL时钟信号时，SW1-1设置为OFF，在使用PLL时钟信号的模式下，如果端跨JP2，在有S/PDIF数据流输入的情况下，系统的时钟使用格式将依据数据流中的信息格式自动选择，在本DAC中推荐使用这种设定方式；当采用时钟信号发生器时钟信号的时，在保证JP2为无连接的情况下，设定SW1-1为ON，在这种情况下，解码后输出信号中的两个频率信号（LRCK与BCK）将由时钟信号发生器直接产生而不依据S/PDIF数据流中的信息格式。为了保证下一级的D/A转换器能正常工作，本级时钟还将产生的时钟信号输出给下一级使用。

在时钟频率的设定以及石英晶体的选取上，由于DIR1703内部振荡器能最高支持到24.576Mhz的晶体，我们自然毫不犹豫的选择该频率，毕竟在这个频率下能兼容到96khz/256fs以及48khz/512fs，作为音响diyer，我们自然是榨干芯片的任何特性，此时，石英晶体频率的设定信息由SW1-4，SW1-5以及JP3来决定，JP3决定的采样频率为32K/44.1K/48K/88.2K/96K中的任何一种，SW1-4与SW1-5则决定倍频，这个和以前计算机的频率设定完全类似。本DAC中的推荐设定为96K/256fs。
设定信息： SW1-4：  ON
SW1-5：  OFF
JP3-2：  ON
解码后的数据输出与所有的该类型芯片一样，根据设定，可以输出的数据格式有“16位/右校验，24位/右校验，24位/左校验，24位/IIS”这4种基本数据输出格式提供选择。本DAC中推荐设置为“24位/IIS”数据格式。该设定由SW1-2与SW1-3来完成，推荐设定，两个开关全部设置为ON。
设定信息： SW1-2  ON
    SW1-3  ON
本级内还提供两个相应的控制信号到下一级的D/A转换部分，这两个控制信号分别是去加重控制和非音频信号时的静噪控制，当使用这两个信号的时候，将对应的跳线JP7和JP8设置为ENABLE，相反则为ENABLE
设定信息：去加重控制  JP7  ENABLE
    静噪控制  JP8  ENABLE
本级的核心芯片所有的设定信息全部完成，在DIR1703芯片上还需要提供给一个上电复位信号，该信号同时也供给到下一级的D/A转换芯片PCM1798使用，在本DAC的设计中，数据接收芯片与数模转换芯片全部是低电平复位，这样复位芯片只用选择一片单一低电平复位信号输出的片子MAX706T就可以满足要求，当然相对来说，复位芯片的价格可是要比最简单的阻容复位电路高的多了，所以在板子上还预留了阻容复位电路的安装位置，当使用阻容复位的时候，MAX706T就可以被节省下来了，同样如果采用MAX706T芯片，则板子上预留的阻容复位的位置上不要焊接任何器件。至于究竟采用什么复位，使用该DAC的朋友自己斟酌吧。对复位信号的最低脉冲宽度是100ns。

根据电路图，板子还预留了两个接插件，这两个接插件上几乎能够获得使用者想用的任何数据信号，比如采样频率指示啊，能够输出给MCU的串行数据信号以及使用其他D/A转换芯片时候所需要的解码后的数据流信号等等。当然如果您准备使用这些信号，自然还需要另外再设计其他的配套电路板，这个花费还是留着给后面的滤波部分吧。

第四部分：数模转换

D/A转换部分的设定要简单的多，这部分的设定只有一个输入数据流的数据格式设定和一个PCM1798片内滤波器的特性设定。在数据流格式上，和数据接收单元解码后的数据流要保持一致，即同样选择“24位/IIS”的数据格式，片内的滤波器滤波特性设置为“DF SHARP”。
设定信息： JP4  2-3
   JP5  2-3
   JP6  2-3

第五部分：模拟信号处理

接下来的单元部分就是I/V转换与LPF（低通滤波器），本DAC的I/V转换与LPF单元与大多数的其他DAC所用的格式一样采用OP(运算放大器)来实现，由于PCM1798的模拟输出信号为差分对称信号，所以每声道的I/V转换需要用两只单运放来实现，转换后的差分模拟信号进入一个双端输入单端输出的二阶巴斯特沃低通滤波器进行滤波，最后输出我们所需要听到的美妙声音，以后这个巴斯特沃低通滤波器考虑使用电子管来制作，以满足强调追求胆味的朋友。

制作心得

作为一名执著的音响DIYER，DIY的过程是充满了艰辛与喜悦，欢乐与痛苦，然而有一点是可以肯定的，只要不懈的去努力，最终换来的都是成功的喜悦与经验的提升。该DAC虽然是一款经济型的DAC，但是毕竟采用是当代新工艺的芯片，瘦死的骆驼比马肥，它的效果远非普通的市售大众机器能达到，当然，能有好的效果还要与使用的运放以及关键部位的阻容器件等等有一定关系的，我们在电阻的使用上全部采用中国电子部的某企业生产的0.5%精度/25PPM温漂的精度金属膜电阻，尤其是I/V转换器的电阻精度更是达到0.1%的精度，该厂的电阻品质绝非市售的普通的金属膜电阻或者合成膜电阻所能达到的；模拟信号处理以及数字信号芯片部分的滤波器回路中的小容值的电容的选择上因为找不到1%精度的电容器，同样选择了电子部的部属企业生产的5%误差的薄膜电容器，我们使用数字电桥进行精确测试挑选。而电解电容的选择则采用ELNA的音频专用电解，和电源电压有关的褪耦电容则全部选择WIMA MPS系列的0.1UF；在运放的选择上，最经济的配置当然是NE5534了，虽然不及AD797以及OPA637等高品质的音频专用运放，但还是获得了非常好效果，通透宜人，音乐气氛感觉非常舒心。至于究竟怎样的结果才是大家都喜欢的，只有大家通过动手才能体会。

原作者：	el34	上篇文章: 胆艺轩新款多用单端机壳
来源：		下篇文章: 某品牌输出牛拆解实例

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