回复:~请烧友介绍2款运用PCM63pk芯片技术成熟的解码器
monarchy audio、theta、proceed等。
CD机的心脏--解码芯片(转)
你到旧货市场买cd,js们就会和你大谈该cd用xx解码芯片所以值xx元,其实一台cd机还有很多方面要考虑,如转盘,运放,接口等。而商贩们不大懂行,只是流行用这个说价。 不过解码芯片确实是cd中的核心,让我们看看现在主流的芯片。
d/a数字/模拟转换器大致可以粗分为两大主流:一是多位元,另一个则是单位元。以发展时间的长短来说,多位元是在cd唱盘问世时就出现的,而第一代的 1bit产品则是约在1990代初期才在市场上出现,但是多bit和1bit以结构上分析到底孰优孰劣?举例来说,一串用细绳穿起来的珠链。我们用两种方法将细绳上的珠子取下来,第一种方法是:分若干次取,每次取下固定数量的珠子;第二种方法是:有多少颗珠子就取多少次,每次只取一个珠子。实际上,第一种方法就相当于多比特方式,只有接收到全部16位数码后,才进行一次解码处理。第二种方法就相当于单比特方式,一个数码位一个数码位、连续不停地解码处理。就多bit而言,它的优点是没有所谓的再量化的过程,因此噪音较低;除此之外,亦有较佳的动态表现。但传统的多bit在low level的情况有非线性失真人及过零失真(zero cross)的问题,若想克服需要使用非常复杂的电路结构,这就造成了多bitdac晶片在追求高品质的目标下,同时也要负担高昂的代价。相对地以1 bitdac它的优点是先天上就不存在过零失真的问题,类比波形的线性良好,再则生产成本较低,这就是市场上中低价位的cd player大量使用1 bitdac的原因。然而1 bit dac需要更高的频率的clock,以及它在“再量化”的过程中会造成若干讯息失落,这也是它挤身hi-end
analong devices ad 1862
首先介绍的是analong devices公司所生产的ad 1862 20bit audio dac,它除了使用在数位音响之外,亦使用在电子合成乐器、专业录音的数位混音器及各种效果器上,应用的范围相当广泛。厂方在发布的资料当中,特别强调 ad 1862的讯号/杂音比非常优良,在外接二枚杂讯旁路电容的状态下,讯号/杂音比可以高达119db,而20bit的分解能力也使它有120db的动态范围(dynamic range,理论值)。在此要说明一点,某些半导体厂商在较高级的晶片出厂之前,将成品进行测试并就其性能分类,因此即使是同一品牌、同一编号的dac,在性能和价格上还有分别。
ad 1862分成ad1862n 和ad1862n-j两个等级,
ad1862的外观是16pin的塑胶dip包装,电路结构大致由三个部分所构成。串列讯号输至一个20bit的解码部分转化成并列讯号传送到20bitdac,将数位讯号转换成类比电流讯号输出,另有一组参考电压源供应给20bit dac部分,电路方块图。
burr-brown pcm63p
说到pcm63p这类dac,实在称得上目前市售dac产品中的“主流派”。即使它出来已有一段时间,但是在多bit的hi-end数位/类比转换器中仍然具有代表性,像theta的gii和monarchy model100等就是采用pcm63。在电路结构的设计上pcm63亦相当有特色,在这片晶片上有所谓的colinear双dac结构,此外在s/n比有116db输出电流的高速特性(200ns typ 2ma stop)及低失真的性能,都是使它受hi-end厂商爱用的原因。长久以来,音响用的dac在不断地改良,而为了克服低电平的非线性失真(主要由过零失真所引起),各家ic制造商各自开发不同的杂讯整形方式或提高取样频率。所谓的bit stream、mash等1bitdac,就在此种情况下,应线路上是使用多bit常用的r、2r阶梯方式作为主要的解码,但不同的是它在每一个声道使用了两个的19bit的dac分别负责正负半周的讯号,再将dac的电流输出运而生。没错,它们是解决了低电平线性的问题,然而对于互调失真和分离会有不良的影响。pcm63在部分和而为一,这就是所标榜的colinear结构。这个结构不但保有传统bit dac的高动态特性,更成功地解决了在一般多bit dac上所出现的过零失真的问题,相对地类比类比输出的线性亦获得改善。系列产品分为三级,分别是标准型的pcm63p和较高级的pcm63pj,以及最高等级的pcm63pk,在性能上略有不同。笔者在此列举两项供读者参考。
由以上数据可以得知burr-brown主要是以dynamic range和thd+n作三级筛选,以此区隔pcm63p、pcm63pj与pcm63pk,当然这三者在价位上亦有相当的差距。pcm63系列的价格不菲,许多数类转换器的生产厂商基于成本的顾虑或是产品的分级的考量,就不会运用如此高级的dac。不过也有像wadia9这样的产品,为了提高bit数(22bit)和over sampling 倍数(32倍)的前提下,不计成本地在每个声道使用四颗pcm63(左右声道一共用了八颗),像这样的手笔在数类转换器的市场上可算是凤毛麟角,实在不多见。
以上述的两种晶片作比较,使用单一20bit dac的ad1864是属于传统的多bit结构,因此仍然存在着过零失真,而pcm63以双19bit合并为20bit,在技术上是解决了过零失真的问题,却出因此付出了高昂的低价。
burr-brown pcm67
另一个burr-brown的dac:pcm67,是一个内含左右声道的18bir dac。值得一提的是它在18bit讯号输入之后,立即交18bit讯号切分成10bit 和8bit两个部分,其中较高位的10个bit由多bit dac转换,较低位的8 bit 则以1 bit 的方式转换,最后再将两部分的类比讯号相加输出。这个设计以1 bit 来解决过零失真的问题,又能保有多bit dac的高动态优点。若要制造一部18 bit 八倍超取样的数类转换器,仅需一枚pcm67作解码单元就够了,在成本上就比用pcm63p要便宜许多,这也是theta的ds pro bsaic和giii的差别,若只纯粹比较性能,pcm67还是不能与pcm63 相提并论,但是pcm67成功地降低了成本并融合了多bit 和1 bit 的优点,设计者“四两拨千斤”,不能不佩服他在设计构想上的高明!
philips saa7350
saa7350是飞利浦公司生产的1 bit dac,每一片saa7350可以提供两声道的平衡输出。
当它与20bit八倍超取样的数位滤波器连接,左右声道的数位讯号经输入介面送进杂讯整形滤波器,出来成为1 bit 讯号,再进入由cmos闸和电容组成的1 bit d/a将1 bit 讯号变成连续讯号,最后透过类比低通滤波器输出。
philips的dac7解码模组中就有使用到saa7350,实际上该说它只用了saa7350的前半总再加上两枚tda1547 1bit converter,tda1547的功能大致相当于saa7350的杂讯整形滤波器输出的1 bit讯号,然后经过tda1547的1 bit d/a至积分线路,再经由低通滤波器输出由saa7350+tda1547再加上npc的sm5803和其他周边元件就是dac7数位模组,广泛地使用在飞利浦和其他厂牌的1 bit d/a系统中。
dac7的作法虽然仅将saa7350中的后半总另外使用,却使得类比部分免于受到数位部分的严重干扰,使线性更加完善,否则飞利浦也不会如此浪费去使用和saa7350类比部分功能重复的tda1547晶片。
1 bit,mash,△∑,∑deco
写到这里,再把上述四个名词稍作说明。市场上的dac晶片可分为1bit和多bit ,早期的1bit dac为达到多bit相当程度的精确度,必须使用非常高频的colck。若是用1bit d/a以一个lsb表示16bit的资料,clock频率将高明达44.1khzx(216-1)=2.8900935ghz,才与16bit相当就需要近3ghz的时永频率。这样看来,似乎1bit dac没有什么前途。还好后来又陆续发展△∑调变方式,又演进到“多级杂讯量化抑制技术”mash(multistage noise shaping)使1bit dac可以比以前使用较低倍的clock就能得到更高的精确度。在今天,大多数的1bit解码单元都有应用到上述技术,所以不论是mash、△∑、 ∑deco,其实都是1bit。vimak ds-2000mkii是哪一种?有人能告诉我吗?
npc sm5864ap
最后出场的是npc(nippon precision circuits ltd.)的cmos lsi ∑deco sm5864ap。这个lsi是用传统的plastic dip28脚封装,每个lsi提供两声道的pwm差动式输出,配合同公司的sm5840(20bit,八倍超取样)数位滤波器同时使用。sm5864ap 是1bit dac,它采用多次△∑的mash方式,结构上大致和philips的saa7350差不多,在实际应用上较不同的是saa7350在输出之前,晶片内已烧附数个op。仅需加接电阻电容即可构成lpf(低通滤波器),无需再接其他的op。而npc的sm5864是直接输出pwm波形,需要再加接积分电路(将pwm转为连续讯号)和lpf,看来似乎较为麻烦;从另一个角度来看,sm5864后pwm波形处理和lpf在设计及使用上却更有弹性。sm5864 的重要规格如下,其中fosc为主系统振荡频率(图十)
除非光头是philipscdm1201和sony213或240a这些常见的光头,坏了可以较为容易地找到,价钱也相当便宜。象philips的1201这个型号从cdm到vam一直保留,前面符号虽然变了,但东西基本是一个。这也是为什么我们选用
现在在国内可选择的侍服电路芯片较多,现成的侍服电路板更是五花八门。侍服电路芯片除了philips和sony两大家之外,还有三星、松下、sharp等,但基本都是配合sony电压型机芯使用的(philips是电流型)。侍服ic变化非常快
在电源方面,原创cd机侍服电路采用两级整流三级稳压,马达驱动、侍服控制电路和控制电路分开供电同时地线加相应处理。激光读取放大及电流/电压转换芯片独立一块电路板紧靠光头放置。cd托盘进出盒处理为了顺畅使用能控制速度驱动ic,而不是为了节省成本使用三级管。为了保证信号的准确性,无论哪种型号的 cd机,我们都采用相同的电路。大家会发现现在的原创cd机侍服部分没有时钟晶体,而是将时钟电路放到靠近dac一边,其实这不是什么秘
密,是hificd的基本做法,它可以最大限度减少时钟抖动。
3.解码系统
现有的两款原创cd机主要的差别在于音频解码部分电路不同,其中cda6使用的是美国crystal公司的cs4390;cda9则使用pmi公司的 pmd100和bb公司的pcm1702。了解音频dac的人都知道,目前主要的音频dac供应厂商有美国的burr-brown、crystal和 analoguedevices,欧洲的philips,日本nipponprecisioncircuits和 asahikaseimicrosystem,还有一些公司也提供
dac,但是供货期无法保证。akm实际上就是crystal,当年akm收购了crystal,将技术拿到手,反手又卖给cirruslogic。
现在再出cd机产品只能选用比较好的dac来尽量弥补这种劣势。对cd机生产厂家而言,选择dac其实较为简单,从技术上看,尽管日本的东西并不落后欧美产品,但是,从名声上还是差一点,所以,国产cd机创牌时是不会轻易用日本dac。至于philips,可惜它已不在hifi产品上下功夫了, tda1547出现也有七八年了,虽然讲
tda1547+tda1307还是一套非常好的组合,不过,philips的供货手续和交货期却很难满足国内厂家的要求。省下只有bb、crystal和ad了,价格相同的情况下比较性能,很难讲它们之间谁优谁劣。
滤波器性能如何直接关系到最后的音频输出质量,理论上讲,超倍取样越高,性能就越好。超倍取样的有时候定义不同,通常是以cd标准采样周期内的插补值多少来计算超倍取样倍数;少数后接1比特dac的滤波器是以1比特转换周期来计算。目前硬件方式的数字滤波器基本都是8或4倍插补。pmd100是8倍插补; cs4390尽管称128x,但实际上是4倍。插补虽然是无中生有,但这里有好过无。因为插补目的是为了减轻dac之后模拟滤波器负担,尽量减少音频信号因模拟滤波器而带来的相位移。
从目前发展趋势看,数字滤波器,应该叫数字处理器dsp,它的作用越来越大。从早期的theta、wadia到现在的sony、marantz(cd-7),他们的高档数字音频制作都使用大量数字处理芯片进行运算。
),一般是使用什么样的dac,声音有80%已经由你使用的这颗dac加上前面的数字滤波器决定了。