DAC解码器用哪一种技术构架好？

lilongduzhi

最近也在研究这个问题，可以答下。

数模转换是世界性难题
最早的的dac应该就是电阻搭建出的，我们大学物理做实验也就是这种芯片，相当于输出一个二进制数输出一个电压。
r2r应该就是这种原理。问题是随着二进制的位数提高，解码需要的电阻越来越多。能够这么精确的电阻难找啊，工艺肯定不简单，价格贵。这种解码方式是直接解码pcm的，也就是多bit

后来飞利浦搞出了delta Sigma解码，也就是1bit，其实说白了就是把pcm转成dsd，然后只需要很少量的模拟电路就可以进行转成模拟量 貌似很少的原件和一个电容（做低通滤波）就可以完成数字量转模拟量。降低了模拟电路的设计复杂度。
现在的主流dac都是delta Sigma

现在很多公司的delta sigma dac都是融合了数字电路和模拟电路，这些有几个缺点：
1.数字电路高频运转，对模拟电路部分干扰严重
2.播放器厂商如chord 马兰士，二嫂等不方便定制自己的滤波算法
于是他们开始使用fpga或者cpld开发数字部分，把所有音源都转成dsd  然后送到自己设计的模拟电路中，转成模拟量（因为插值，dsd的采样率非常高，所以需要精准的时钟）
目的就是降低了模拟电路的设计，把复杂处理包括eq  去噪声，放在数字电路，因为数字电路通过软件就可以修改，模拟电路对元器件精度要求高呀，而且贵，而且不好改呀，遇到温度高了，电阻的阻值就变了。
到时候可以自己更新滤波算法，调音也方便呀

所以说为啥 索尼推动sacd（dsd），因为可以降低解码模拟电路的设计。

总结出来就是：
r2r可以采用自行设计，买大量的高价精准电路搭建解码电路，也可以买德州仪器的pcm1704类的集成芯片，而且工艺精度高，成本高

delta Sigma可以厂商自行利用fpga cpld加上少量精准的模拟原件搭建解码电路，也可以采用买ess9018  cs4398等集成的芯片

说白了，原理就两个分支，两个分支可以分别采用自行设计和购买集成芯片的方式实现：
1、 R2R（多bit）
1.1 购买芯片 如pcm1704

1.2 自行搭建电阻网络 ， 如lavry

2、DeltaSigma（1bit）
2.1 购买芯片，如ess9018  cs4398  
2.2 自己设计， 用 fpga、cpld  加上少量的 电容 电阻元件  构建

至于优缺点我说不清，我猜测：
r2r可以规避复杂的数字处理，适合那些老牌的模拟电路经验丰富的厂家，但是成本高，芯片吧现在也遇到了位数的限制。
delta Sigma适合新时代对数字处理经验丰富的厂商，可以规避复杂的模拟电路设计，但是因为采样率高，对时钟精度要求高。

我觉得这就像是踢皮球一样，数模转换的复杂度被转到 模拟电路部分 还是 数字电路部分。设计难度仍然在那里，只不过是看在模拟电路解决 还是 数字电路部分解决

现在看大厂的趋势是delta sigma比较多，包括马兰士 二嫂这些厂都开始自行利用fpga 或者cpld搞了（马兰士的sa10 sa30n 用cpld， 二嫂用fpga ）猜测原因可能是 现在时钟精度越来越高，也是一个推动因素

lilongduzhi

nickdo 发表于 2021-2-4 23:31
很多人认为dsd是信息量的革命, 追求dsd原生录音.

其实dsd最大益处是用成本较低的dac获得高质量的重播. ...

是的，dsd或者说pwm  或者叫它1 bit  最大的好处就是个降低 数模转换中模拟电路的复杂度，有效降低厂商的成本和模拟电路设计门槛。 让播放器厂商可以在数字电路上做文章，方便调出厂商喜欢的声音

很多厂商即使买成品芯片，也只用芯片的da部分功能

lilongduzhi

亦烧 发表于 2021-2-5 14:47
谢谢精准回复R-2R看起来可以不用过采样，数字滤波，但在量化误差上限制了动态范围，一般不做处理（比如 ...

我也只是一个爱好者，不是专业从业者哈
以前做过图像处理和信号处理，数模转换从信号处理上本身就带有技术难题，就是如何从离散的数字信号恢复到连续的模拟信号，理论上的难题就在那里。
我觉得也没有很好的办法，无非是插值，也就是升频，再滤波，这些数字信号处理的老套路。
整个自行搭建的技术链条是
1.所有音源转成pcm  因为只有pcm才能进行插值运算等
2.把pcm导入到dsp芯片或者fpga  进行插值滤波等
3.把处理后的pcm导入到fpga或者cpld  进行pwm调制，转成pwm 也就是dsd 或者1 bit
4.利用时钟进行恢复模拟信号
5.如果不需要放大，就可以直接导入到一个电容和电阻搭建的低通滤波器中过滤一下  再给模拟放大电路放大

6.如果需要数字放大，就可以直接利用pwm信号进行放大，例如索尼的s-master，避免了未来如果用D类放大的冗余步骤


索尼 马兰士 二嫂都在说自己提升采样率，高达11.2m 的精度，chord也在说自己的tap有多深，估计也是这个东西，然后把精力放在优化放大技术

像国产的声韵是把pcm升频到1m，导入成品芯片，然后做好外围的时钟和电源和屏蔽啥的。这反而用最质朴的办法减少失真，而且效果不错。
可能解码来说精度相对于整机（电源，放大电路）已经不再是短板了

lilongduzhi

诗奔达 发表于 2021-2-8 05:57
解码器很考验电路设计水平，试过几个国产的解码，与手上一台音乐之旅（二手价8k）相比，相差甚远。主要差距 ...

推测高频衰减大，定位感就会差，就会造成声场塌陷，中频浓厚
但是低端设备为了掩盖，盲目提高增益，又会刺耳。高频我觉得是最难做的。所以说高音要准

一般解码器会提供两种方向滤波，
第一种声场大，但是高音容易刺耳。
第二种模拟味，高频有衰减，就像是近似高频在空气中衰减，但是听起来舒服柔和

lilongduzhi

亦烧 发表于 2021-2-8 14:03
您说的挺专业这里提到一个PWM，没有弄错的话，就是脉冲宽度调制，专用芯片可能不一定需要这个环 ...

我只是一个爱好者，具体电路设计不懂啊
最近在看一些设备的技术资料半猜半学一点电路知识，仅作参考


delta sigma 芯片， 如cs4398 ess9018这些 有是2个部分构成
1） 数字部分
数字部分又可以分成2个子部分：
1.1 升频 ->滤波

即利用pcm进行浮点数字运算，进行插值 和 滤波的，  在数学上，如果做插值（也就是升频）的话，必然会引入高频带外噪声，虽然人耳听不到， 但是在放大时候，有可能影响到其他频段，影响效果，所以要除去。
插值之后要做数字低通滤波的，让声音更平滑注意：dsd（1bit 或者 pwm） 是无法进行复杂的数学运算的，所以数字处理一定要以pcm为基础。
低通滤波器是平滑， 就好像 720p的图片升到4k， 肯定有些颗粒，做一个滤波会平滑舒服点

1.2 把pcm转成pwm（dsd），又称作为调制
原理用生成的三角波与pcm的差分量进行比较，总之能够得到 1bit数据


2）模拟部分2.1 生成波形
1bit数据 利用高频高精度时钟 和开关电源 就可以转成模拟量了
（1bit进行数模转换比多bit容易多了， 现代的led调亮度就是类似原理， 高频的进行开关，利用人眼感觉起来好像就是连续的）
2.2 模拟低通滤波
一个电阻加一个电容就可以构成一个简单的模拟低通滤波器LBF
对 生成的模拟量进行滤波去除高频噪声

delta-sigma DAC整个流程是一个噪声整形的过程， 将低频的高分辨率的信号， 转成 高频低分辨率的信号， 噪声被移到高频段了， 然后在后续的模拟低通滤波器被过滤，噪声就少很多。
就好像我们要精确调控灯泡亮度很难， 因为家里的电源本身就不稳，灯丝工艺 和 电阻又这么高。
但是换成led点阵就好多了， 每个led灯管只有亮或者不亮，亮度都是恒定的（亮度不可调）， 但是单位面积集成很多的led灯管，间歇控制一些开一些关，人眼有惰性看不出高频的变化，就觉得是指定的亮度了led灯即便有些灯珠偶尔失控的闪烁错误， 人也看不出来，因为频率太快了， 人根本看不出来

DAC后边放大 就可以到耳机上了

放大器分成2大类别
1） 模拟放大：
1.1 使用运算放大器芯片（实际上集成的电阻+电容+三极管）
1.2 自己搭建：
如马兰士的hdam 和二嫂等  ，说白了就是电阻和电容和三极管

2） 数字放大
可以再细分成2类
2.1 D类放大：把DAC芯片输出的模拟信号，与三角波对比，转成1bit 的pwd， 然后利用幅度更高的开关电源转成模拟量再低通滤波，如马兰士采用的放大模块， hypex公司的ncore
2.2 纯数字方法： 索尼的s-master， 索尼觉得中间D类饶了圈子， 转了模拟 又 转了一遍数字， 损失很多。干脆在1.2后边直接接 高幅度的开关电源，避免多次数模转换

R2R是多bit
前面说过也分成自己搭建 和 成品芯片方案

他虽然可以避免复杂的数字处理，但是也需要一定的数字处理，例如 DF1704 + pcm1704芯片组合， DF1704 是数字处理芯片
里边是升频滤波等

为啥不把这两个集成？ 我猜测， pcm1704是模拟量，容易收高频信号干扰，所以不能把 2个芯片合在一起，  合在一起，那相对delta-sigma 就没有优势啦，毕竟delta-sigma就是为了简化容易受干扰部分的模拟电路才这样搞得 数字 和 模拟 头重脚轻的

当然 R2R也可以自己搭建， 国内的乐彼就是 FPGA + 电阻网络 构成的。

芯片主要是一下2大类
1. 数字芯片
FPGA，cpld，dsp， 显卡
他们都是可以用编程语言进行编程的
FPGA是intel 和 赛灵思，比较通用，升频 和 调制 啥都可以
cpld典型是 intel的 max v ，可以作为调制pwm信号作用，他跟fpga的界限比较模糊， cpld 主要是里边的控制逻辑相对比较粒度大， 不像fpga控制每个逻辑门

dsp是 analog device公司 和德州仪器 比较有名，擅长做浮点运算， 做升频滤波算法，例如上边说的DF1704， dsp主要的问题是能控制的参数要看厂商的设计，不想FPGA那样想怎样就怎样，但是好在处理性能高，速度快，成本低

显卡 也可以做数字运算， hqplayer软件就是利用显卡加速处理

2. 模拟芯片
模拟芯片是将电子元器件（电容电阻 三极管） 做到集成电路里边
如pcm1704 ， op
主要是降低成本， 空间小， 但是无法调整，以analog device 和德州仪器为典型
所以很多厂商都是自己用元器件自己搭建模块，替代运放等模拟芯片，以功放厂商为典型，如马兰士 teac 二嫂等等