自制膽DAC解碼器

1、自制膽DAC解碼器李怡南普通CD唱機的聲音往往不夠真實自然，尤其高頻失真更為嚴(yán)重，例如饒鈸的聲音聽起來 會像高壓空氣泄漏時發(fā)出的聲音一樣。加接一臺DAC解碼器可以使聲音得到改善，但市場 上出售的解碼器往往很昂貴，廉價品種又不能令人滿意。這里介紹一款解碼器的詳細制 作資料，供愛好者仿制。一、電路組成一臺音頻DAC由四個主要部分組成，見圖1，即:解碼器、數(shù)字濾波器、DAC和模擬信號放 大器。解碼器:由轉(zhuǎn)盤獲得的數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)的Sony/Phillips數(shù)字接口格式（簡稱S/PDIF格 式），其中除音頻數(shù)據(jù)外，還包含有取樣頻率的時鐘信號、錄音時是否采取了預(yù)加重處 理的標(biāo)志等其它信息。解碼器的作用就是

2、從串行的數(shù)據(jù)流中把這些信息提取出來，供下 一步處理便用。從理論上說，如果解碼芯片的性能足夠好的話（能獲得十分穩(wěn)定的時鐘 信號），轉(zhuǎn)盤與解碼器間采用何種傳輸方式（例如光學(xué)方式或同軸方式）以及使用何種 品牌的信號線都不應(yīng)存在任何效果上的差異。本機所用的Crystal解碼芯片CS8412-KP是一種很好的芯片， 但仍不夠完美，所以仍能聽出不同信號線之間的差別。筆者正在繼續(xù)探索新的解決方案 ，例如用模擬芯片AD1890作為緩沖器并重建時鐘信號。有興趣的讀者也不妨自己探索一 下。數(shù)字濾波器:其作用是利用有限脈沖響應(yīng)技術(shù)（Finite Impulse Response technique）進行插值處理，即

3、在真實的音頻取樣點之間插入一些由計算得出的虛擬采樣點。這種 做法稱為“超取樣”，好處是可以使數(shù)模轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的量化噪聲的頻譜向高頻端移 動，遠離人耳可聞的頻帶，分離起來可以比較容易和徹底，整機信噪比會有所提高。本 機采用的芯片為8倍超樣，即將其時鐘頻率提高到標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率的8倍，因此量化噪聲的 頻率可高達352KHz。然而，筆者認(rèn)為不應(yīng)該把超取樣的作用無限夸大，沒有任何理由可 以說8倍超取樣的聲音一定會比兩倍或四倍取樣更好，它的作用僅僅是改善信噪比。本機的數(shù)字濾波器芯片用NEC的5843A，這種芯片內(nèi)部含有去加重功能，可以在數(shù)字域中 進行去加重處理，效果比外加的模擬去加重網(wǎng)絡(luò)要好。該芯片在進行

4、去加重處理時有兩 種可選擇的頻率響應(yīng)特性，不同的特性會使聲音發(fā)生一些變化，可根據(jù)自己的愛好用DIP 開關(guān)進行選擇。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC):這是整個音頻解碼器的心臟，其作用是讀人數(shù)宇數(shù)據(jù)，并 根據(jù)該數(shù)字值進行計算，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值或電流值。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的方法有兩種，一種 是階梯式DAC，又稱多比特DAC:另一種是所謂比特流技術(shù)或1比特技術(shù)。本機采用了加比 特的階梯式解碼芯片，型號為Burr-Brown的PCM63P-K，共需兩片。DAC芯片工作在半數(shù)字半模擬的方式下，所以其電源供應(yīng)和接地方式應(yīng)該予以特別注意。模擬放大器:其作用是取出比特流DAC芯片的電壓信號，或?qū)㈦A梯式DAC的電流信號轉(zhuǎn) 換

5、成電壓信號，并產(chǎn)生一定的增益及緩沖作用。這一級對解碼器的總體音色影響極大，筆 者經(jīng)過反復(fù)試驗后決定采用電子管，用了兩只6DJ8電子管，接成SRPP方式。6DJ8對偏置 點比較敏感，把屏極電流調(diào)整到4.25mA時可以獲得最好的效果。如果愿意，也可以改用12AT7系列的電子管。如果用12AT7的話，需要做以下改動：把電 阻R5從499歐姆改為250歐姆，以將燈絲電壓從6.3V提高到12.6V；把R32、R33、R82、 R83從680歐姆改為100歐姆以改變偏置電壓。如果希望增高B+電壓，可以換用穩(wěn)壓值更高的 齊納二極管。例如將其從62V改為75V，B+電壓將隨之升高到300V、12AT7的效果則

6、不太 好，以不用為宜。二、非傳統(tǒng)設(shè)計這款DAC在設(shè)計上采用了一些非正統(tǒng)的方法。第一項特殊設(shè)計是把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的方法。階梯式DAC輸出的模擬信號是電流 信號，必須把它轉(zhuǎn)換成電壓信號。按照常規(guī)方法，應(yīng)該用一個以電流負反饋方式工作的 運算放大器來完成這項任務(wù)，但運算放大器會造成一系列問題。首先，DAC的輸出電流變 化速度是很快的，多數(shù)運算放大器會因反應(yīng)速度不夠快而導(dǎo)致失真(但是用AD81不會引 起這種問題，因為該運算放大器的工作頻帶極寬)。其次，據(jù)經(jīng)驗：電路越簡單，器件數(shù) 量越少，聲音就越好，“簡而佳”是一條普遍適用的原則。因此，筆者沒有使用運算放大器，而只是簡單地在DAC芯片的電流輸出端

7、與地線之間并聯(lián)了一個100歐姆電阻，根據(jù) 歐姆定律，電流輸出信號就變成了電壓信號。這種方法實在是太簡單了，以致筆者在實 施之前曾反復(fù)考慮了很久。但是我的洋朋友Peter Campbell在“摩”他的CD機時采用了 這種方法，其效果獲得了交口稱贊，于是我不再猶豫。該電阻的數(shù)值為100歐姆，是經(jīng)過反復(fù)試驗后決定的。如果電阻值太小，轉(zhuǎn)換得到的電壓 值將很低。但電阻值太大又會引起另一個問題：在DAC芯片的內(nèi)部有一個并聯(lián)在輸出端與 地之間的二極管，其作用是當(dāng)外電路出現(xiàn)故障時保護DAC芯片不被損壞。二極管的導(dǎo)通電 壓為O.6V，所以該電阻的值應(yīng)該便工作電壓遠低于此導(dǎo)通電壓。DAC芯片的最大輸出電流 為2m

8、A，在100歐電阻上的最大電壓降僅為0.2V，不會使保護二極管導(dǎo)通。結(jié)果表明：用 這種方法可以獲得很好的信噪比，比我試過的任何其它方法都要好，聽起來簡直像死一 般的寂靜。另一種非正統(tǒng)的做法是取消了模擬電路中的低通濾波器。這個濾波器的作用是消除量化 噪聲，由于本機采用了 8倍超取樣，所以量化噪聲頻率為352kHz,已經(jīng)遠遠超出了人耳可 聞的頻率范圍。而且本機的電子管放大器通頻帶為3Hz至280kHz，可以自然濾除高頻量化 噪聲而無需另加濾波器。由于采取了上述措施，這款DAC解碼器的音質(zhì)特別好：聲場寬闊而深邃，非噪聲和隔離性 能均優(yōu)于定壓式穩(wěn)壓器件。如果希望電源的性常開放;各種樂器的聲音非常真實自

9、然，完 全沒有其它數(shù)字設(shè)備常常會出現(xiàn)的那種干澀和生硬的感覺;殘余的量化噪聲確實存在，但 只能用儀器測出，用耳朵則完全聽不到。三、制作本機的電源部分是很重要的，見圖2,共使用了兩個環(huán)形變壓器，其中一個供應(yīng)數(shù)字部分 ，另一個供應(yīng)模擬部分，每個變壓器的額定容量均不小于50VA。模擬部分的電源變壓器 共有三個繞組，260V的繞組供應(yīng)電子管的B+電壓、12.6V的繞組供應(yīng)燈絲電壓，另一個有 中心抽頭的12.6V繞組供應(yīng)DAC芯片模擬部分的電壓。整流后的直流電壓被送往可調(diào)穩(wěn)壓器件LM317和LM317,筆者認(rèn)為它們的能更好，可以采 用Linear Technology的LT1085/LT1033，該穩(wěn)壓器

10、件的價格比較高，但可以獲得微小的 、然而還是可以感覺到的改進。電子管的燈絲也通過可調(diào)穩(wěn)壓電源供電，以便在更換不 同類型的電子管時可以改變燈絲電壓。屏極所需的高壓由三級管與齊鈉二極管組成的穩(wěn) 壓器供電，每個聲道有獨立的RC濾波器，以便提高聲道間的隔離度?；谕瑯永碛?，左 右聲道DAC芯片的模擬部分也由各自的穩(wěn)壓器單獨供電。本機所有的元器件都安裝在一塊尺寸為6*9英寸的雙面板上，見圖3、圖4, 一面用作信號 布線，另一面（安裝元器件的一面）用作大面積接地。注意模擬地和數(shù)字地是分開的，只 在一點相互連接，這樣可以盡量避免數(shù)字噪聲泄露到模擬通道中去。由于布線方面的原 因，電路板上需要焊接四根跳線，走線

11、的路徑標(biāo)注在原理圖上的DAC芯片附近。如果有條 件的話，最好在每根導(dǎo)線上套一個微小的鐵氧體磁環(huán)并把它放在靠近DAC芯片的地方。在電路板上靠近數(shù)字濾波器芯片(U8)的地方有一個四聯(lián)的DIP開關(guān)。開關(guān)1和2(靠近U8的17、18腳的兩聯(lián))用于設(shè)定采樣頻率為叫44.1或48KHz。多數(shù)機器是可以自動根據(jù)信號設(shè)定 采樣頻率的，但筆者發(fā)現(xiàn)在聽CD的時候把采樣頻率改成48KHz也可以造成某種微妙的聲 音變化，所以取消了自動電路而讓你自己決定使用何種頻率。開關(guān)3需要用一根跳線連接到 數(shù)字濾波芯片的第27腳，該開關(guān)用于選擇濾波器的響應(yīng)特性。開關(guān)4用于設(shè)定數(shù)字濾波器 的同步模式。筆者實在聽不出在兩種不同的同步模

12、式下聲音有任何區(qū)別，不過還是保留 了這個開關(guān)，讓你自己去決定。本機共有三個LED指示燈。第一個是電源指示燈(PWR)，點亮表示電源接通。第二個是“ 數(shù)據(jù)錯誤”指示燈(LED1)，在搜索或暫停狀態(tài)下以及傳輸失敗的時候它會閃動。第三個 是去加重指示燈(LED2)，在進行去加重處理的時候它會點亮。如果你認(rèn)為必要的話，還可以為本機加裝一個靜音電路，見圖5。這是因為在開機時，燈 絲需要一段預(yù)熱時間，在預(yù)熱過程中SRPP電路的輸出端(也就是本機的音頻輸出端)的電 壓會有很大變化。在最初10秒時間內(nèi)，電壓約為25V，在第20秒的時候就能降到毫伏級。 為了防止這種過渡電壓被傳遞到功放去，本機加了一個保護電路，又稱靜音電路。在加 電后的最初30秒中，該電路保持繼電器不吸合，其常閉接點將模擬音頻輸出與地短路， 并保持該點電壓為0V。延時30秒后繼電器吸合，音頻輸出的短路狀態(tài)消除。這時燈絲己 經(jīng)預(yù)熱完畢，輸出端的電壓也己正常，音頻信號可以被正常地送出去。在關(guān)機的時候繼 電器會立即釋放，將音頻輸出短路。如果要改變延遲時間，只需改變RC電路的時間常數(shù) 即可。事實上，不用這個保護電路也是可以的，因為功放的輸入端一般均會有一個隔直流電容 ，只要這個電容的耐壓