中衡一款发烧DAC音频解码器的与制作.docx

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1、一款发烧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、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，直接送到专门的音频解码器， 由专门的解码器完成转换，实现声音的高保真重放。本文本着的设计 原则，设计一款立体声音频解码器，由317、431组成多路甲类并联稳 压供电，采用经典的高性能的8412负责数字信号的接收与解调、1700P 数字滤波、2R架构的1702做转换、挑选发烧运放担任和，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

2、线路， 输出驱动信号可以直接推动后级的甲类晶体管功放。实现效果的重放。 关键词：音频解码器1702 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，供高档的音频解码还原高保真的声音。有动手能力的烧友 都喜欢一台高性能的音频解码器以重放的音响效果，满足自己的听觉 需求。2.音频解码器电路的设计2.1音频解码器电路组成音频解码器由数字信号接收器、数字滤波器

3、、转换器、转换器、 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：LfcDUSDQX1 AICH”4.7K R212诃J %,HHCanWRXI7*nnxinuR20I7St GNUTcjrtfJ_mT iMI)cVERF CAFi WlATAF2 S

4、 1RW1.1 ro、MlMOYAtRXP(1LIKA、 FYSCM2乂KM3KXSfcLVEi C5W14121620iTXIMl如X47UFr dw ； Jz 0住IC2O2DF1700PILJiAr： ni(；M5C40122C40IR1/2 UFA2B2R*y 6aKGND1,2 inas -VSSI 4 f voVSS2 -fvs L al n MLKt 、l -NC1 K Ewit -gp -COB -10TTSJI 4JX2KC4O3*(CIQIBU2 OP心 N22 21 2U TT Tx 豆TT-*-=)K4IQ 顷KII i 4WWJU I 2 OPA2I T“DMA -V

5、CCCLOC K RM DC SERV nc ATOM ATOM y firo nc vcc_、TJD DCOM ADD I.R NC NC千F4IOOUFCM， IIMU012ruA-SV G、DOS 下厂 商GXO pTUFl,412AIC AMOAI-2 AMIVWVXGNDC1I3 104g1I：47V DA7A -VCCC.CCK RFFDC SERV nc ACOM AGbD数字地IitleSiteA4Nunh?iRokkit2.2.1数字信号接收器数字信号接收采用美国公司的带有的解调芯片8412担任，能自 动识别3248K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17

6、9接收并转化成电信号，经电容C201、C202耦合到201的10 脚，外来同轴信号（或者5插上音频蓝牙模块输出的同轴信号）经 C203耦合到201的9脚201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201无输出。信号通过201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（串 行时钟）、（左右时钟）和（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

7、 根据后接数字滤波，芯片而定。表1 8412采样频率与输出格式设置M2MlMO模式0fl0：输出,L/RJ6-24 &0011：输入,位01n2：翰L/R, J2S S容011土 输入* L.Kt 12S兼容1u4；输出，WSYNC； 16-24 位10i5;；输出，UR. 16 位 LSBJ1106：输3，L.R, 18 LSBJ11i队 输出,在最后CS84普通弘戚蹈（M3 = Q ）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 了公司28脚双列直插封装的1700P数字滤波器，具备8X超采样，

8、其 引脚功能与内部结构如图3DF1700P弓睥由能PINLAClHCKCJCKtJWWCkONCDOlKT1nanKrd%海DGNGDF1700PA部方框图图3 1700P引脚功能与内部结构、脚。176脚、7脚外接16.9344晶振，为了更好实现信号的同步性， 16.9344主时钟信号（）直接由201的19脚提供，26、12、11脚将 数据送到1700P的1、2、28脚，进入1700P内部运算，从24. 23 输出左右通道音频数据流，25脚输出、26脚输出进入音频解码级 1700P的3、4脚设置采样率，16、17脚切换比特率。3、4，16、 脚设置与对应采样率、比特率见下表2：DFITWP采样

9、率与比特率设咨XTI CLOCK (FK4)CLOCK PERIOD OF INTERNAL SYSTEM CLOCKCKDVCKSILHH1拓虹gHLIfLHg.LL51目君NOTE: fs s-arnpling froquency.TABLE L System dock Frequency Selection.owiaowaaZd OF OUTPUT DATA 号PTSHH16LHiaML20表2 1700P采样率与比特率设置2.2.3音频解码器这部分是音频解码器的核心。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

10、具有2496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 作为格式其音频数码流为1644.1。这是盘的标准。有些盘面标定 20、24、96、192这是指在录音过程采用的记录格式，在烧录光盘时 无一例外的要重新编码的1644.1数据流。作为音频解码器都要工作 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2R架构的 转换芯片1702。1702是美国公司的高性能转换芯片（K是这型号的最 高级别），两片1702担任左右声道的转换，具有

11、20的精度，完全胜 任音频的解码。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30电源设计要考虑其功耗。 1702的1、2、6脚分别接收来自1700送来的、信号，经内部转换 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 转换器从1702输出的电流信号比较弱，大约为1左右，所以需要一个 转换器将1702的电流信号转换成电压信号，由于转换级对音色的影 响极大，在设计上本机采用了公司旗舰版高性能双运放02来担任转 换。02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

12、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滤波器数字音频经过1702进行转换后，还需要一个低通滤波器，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，然而本机采用了公司专门为 2R架构设计的低通滤波器，有很好的线性相位特性，通带增益平坦， 从而使音频信号通过滤波器后的失真很小，保证了音频信号的高质 量。如图2，滤波由R402412以及双运放403、404、C403-408等组 成3阶低通滤波器，按照图中阻容参数取值，截止频率为40。2.3线路

13、放大器考虑到用电子管制作的前级电路音色圆润、人声甜美、音乐味浓， 声音耐听、适合人声的演绎，本机设计了一级由电子管组成的线路放 大器作输出，一来可以校声，二来提高解码器增益直推后级功放。如 图4,电子管线路放大参照了日本著名的和田茂氏线路，线路是以127 两级放大（约12倍）加一级用127作阴极输出,减小输出阻抗和增大 输出电流，增强带载能力。放大后的信号经过电位器进行音量控制后 输出到后级。线路放大不设音调控制，信号直通，确保原汁原味。图4电子管线路放大与开机延迟吸合电路2.4开机延迟吸合电路由于电子管通电时需要预热，预热期间工作点不稳定，会产生脉 冲电流输出冲击功放级，逼使功放级进入保护。

14、所以在信号输出端加 入了由单片机组成的开机延迟吸合电路，见图4：通电时单片机12C2052在特定的程序下运行，P1.0 口电平高低 交替变化，电源指示灯闪烁，表示机器热机；同时P1.1 口为高电平， 继电器失电常闭触电接通短路输出信号；大约30S之后单片机P1.1 口输出低电平驱动继电器吸合，常闭触点断开，短路解除，让信号通 过端子输出，同时P1.0 口锁定低电平，电源指示灯变为常亮，机器 进入正常的状态工作。采用这种通过短路信号阻止其输出的控制方式 回避了输出信号流经继电器的触点，减少音染。2.5电源电路2.5.1主板供电电源部分在解码器中也是一个不可忽视的部分，主要克服电网中 电波对电路的

15、影响,还要克服数字电路部分对模拟电路的影响，更重 要的是要具有极低的动态内阻。高质量的电源可以令芯片、高级运放 的性能发挥的淋漓尽致，在试验时发现，普通的7805、7905、317、 337这些三端稳压器件用于高级的芯片和运放供电，主要是令中频的 圆润、低频的弹性与力度变差，根本不能发挥芯片和运放的性能，原 因是78系列属于串联稳压器件，内阻大，影响了芯片性能的发挥。 然而并联稳压电源其动态内阻低，有利于电路能量的吸收，其性能接 近与蓄电池，是理想的电源。甲类并联稳压电源缺点是功耗大、效率 低，但在电路的静态电流不算大的情况下，采用甲类并联稳压供电功 耗也不是问题，所以本机设计了 8组具有极低

16、动态内阻的甲类稳压电 源为电路供电，数字与模拟分开供电，模拟地与数字地一点连接，并 在交接处用电感磁珠隔离。具体电路见图5llHl-MMJTIMEL-ONIi5JUttL.ll_ HILlffl nri-r_ + cm w：KM kuir-x;JCIW 4 Ei 我、i-H LM 4_l-w 二IF FTIEJhcF-arikTUrvijji1*wn It IISire HW匚 Lf . MCKHIIA图5解码板供电原理图整机采用3个电源变压器供电，其中2个35W的环牛提供双9V、 双16V交流经整流滤波，由317T组成恒流源，431、172G构成并联 稳压电路输出 D51、D52、5V、5V

17、、5V、5V、15V、15V 为 8412、1700P、 1702、4个运放供电。其工作原理：是317、R组成恒流源，恒流源 的高内阻将电路与电网干扰隔离，R的大小决定恒流值，一般取电路 静态电流的1.5-3倍比较合适，恒流数值计算公式1.25（1.25V是317 内部的基准电压），431与R端连接的上下电阻组成并联稳压得到2 组5V为数字电路8412和1700P供电，1702用的5V和低通滤波运放 用的15V，由于其工作电流较大些，431的功耗不够，需要用安森美 172G组成扩流再输出。这电源设计是本机的特色，因为电源内阻很 小，在实际试听中，高频解析力和低频力度和深度、人声的圆润上比 串联

18、稳压供电有很大的改善和提高。2.5.2电子管线路放大供电电子管线路供电采用了 1个50W的电源变压器，见图8。次级15V 绕组经过整流滤波、317稳压在12.6V为127、127灯丝供电，调节3 可以改变输出电压，灯丝采用直流供电有利于提高信噪比；2组250V 采用2只6Z4分成2路全波整流，再通过电容滤波，317稳压的得到 2组270V电压分别为电子管的阳极供电，左右声道独立供电，这样 可以提高了立体声分离度。按图中电阻参数稳压器得到270V左右电 压输出。3.音频解码器的制作与调试3.1解码级的制作与调试由于解码级使用的元件比较多，线路也比较复杂，所以把数字信 号接收与解码部分连同供电电路

19、用软件将原理图绘成了文件，制成 12.3X21.5的板子，安装元件做成一块解码板，见图6图6 解码板为了取得的音响效果，在元器件的选取时电阻选1%精度的系列 金属膜电阻，无极电容以德国的首选，误差要5%内，电源滤波电解 电容选日本的，的系列对人声有极佳的表现，数字电路退耦电容宜选 钽电容，并联稳压431的取样电阻选温漂小的金属膜电阻，如北京 718军工系列电阻等，芯片必需选原装进口的，运放对音色影响很大， 不同类型运放有不同的音色，在试听中要根据自己的口味调换不同声 音风格的运放。安装时板上的所有芯片加装座，芯片免焊接，也方便 更换运放调试音色。恒流取样电阻选1W 1%金属膜系列，按图中参数选

20、取输出电流约 120，已经足够用了。焊接好所有元件，不要急于插上各种芯片，首 先通电对8组稳压电路进行测量与调试，各路输出电压必需符合电路 的要求，特别是5V电压必需精准、稳定，否则要检查元件是否装错 装漏。在各组电压合适的情况下可以插上芯片，拨动拨码开关S1将 8412输出信号设为模式5（见表1）；拨动S2使1700P采样率设为384； 拨S3使1700P的比特率设为16 （见表2），也就是设置芯片的工作模 式，使芯片统一工作在44.1K/16的标准格式。然后通电测试解码板， 观察指示灯可以知道数字信号的接收是否正常（亮起表示信号接收正 常），如果安装无错误通电解码板都会出声。3.2电子管线

21、路放大电路的制作与调试3.2.1电子管线路放大电路的制作要点在元器件的选取时，同样本着原则，高压滤波电容选飞利浦系列， 电阻是2W的金属膜电阻，耦合电容选取了，唯一的一个音量电位器用 了日本原装进口的27型，6Z4是国产的北京管，放大管用俄罗斯127、 127金脚的，整个解码器的机箱采用了市面全铝机箱。电子管放大线路放大部分采用搭棚的方式连接，制作时要把3个 变压器、2个400V滤波电容、6个电子管裸露在机壳上面，这样既利 于电子管散热，也利于克服变压器对电路产生电磁干扰。先在全铝机 箱上面布局好3个电源变压器、滤波电容和6个电子管的合理位置， 布局要考虑机器外形的美观，然后在合适位置打孔，固

22、定变压器（变 压器还要盖上屏蔽罩，这在本机还没完成），固定好2个6Z4小7管 座和4个9脚管座（127、127用），管座要选搭棚专用的。搭棚焊接 时特别要注意各级地线分开，杜绝地线干扰，否则会严重影响信噪比，还有灯丝稳压器件317T要紧贴铝壳，借助铝壳散热并做好绝缘。整 机外观设计如图7图7立体声音频解码器外观设计3.2.2电子管放大电路的调试连接好电路，插上2个6Z4，通电一会儿，用万用表测试6Z4的 5脚应该有310V左右直流电压，经过317T稳压后是270V，再用万用 表测灯丝电压，调3使其值为12.6V。再插上127、127，等待几分钟测试电压放大级、输出级的工作 点要符合图4标注要求

23、。3.2.3开机延时吸合电路的调试这个电路调试比较简单，用洞洞板照图搭焊完毕，先将延时程序 烧入12C2052单片机中(延时程序简单在这里不详细介绍了)，通电 时电源指示灯是闪烁的，这时继电器没有驱动电流，输出端被常闭触 点短路接地，关闭输出，30S后继电器得电吸合输出端接地解除，信 号正常输出。4.制作体会与听音评价这个音频解码器能将、机、网络机顶盒等数字音源的数字信号还 原成高保真的音频信号，解码板还预留了第三方蓝牙音频模块接口 (5)，实现手机蓝牙接收。由于业余制作，没有专门的仪器测试，只 能够用耳朵收货，通过更换运放反复试听，确定使用本文图纸的运放， 最后给予主观的听音评价：整机使用了高性能的元器件、电子管做校 音、多路并联稳压供电，使得本机的噪声极低，音色出众，声场定位 准确，高音表现非常细腻，中音圆润，人声甜美，低音深沉富有弹性， 音乐味浓郁，整个频段通透均衡。参考文献：1 李逍波.并联调整型稳压电源的设计 电声技术1996 （9）2 宋长城.和田茂氏线路前级制作音响技术2000（5）3 詹海峰.几款经典电子管前级线路的特色音响技术2000（6）4 李怡南.自制胆音频解码器 实用影音技术1997（12）5 朱武张佳民张玲芳.低失真低噪声音频低通滤波器的设计