参考文献--------《实用电子文摘》1997年第12期
自制胆DAC解码器
李怡南
普通CD唱机的声音往往不够真实自然，尤其高频失真更为严重，例如铙钹的声音听起来会像高压空气泄漏时发出的声音一样。加接一台DAC解码器可以使声音得到改善，但市场上出售的解码器往往很昂贵，廉价品种又不能令人满意。这里介绍一款解码器的详细制作资料，供爱好者仿制。
一、电路组成
一台音频DAC由四个主要部分组成，见图1，即:解码器、数字滤波器、DAC和模拟信号放大器。
●解码器:由转盘获得的数据格式为标准的Sony/Phillips数字接口格式（简称S/PDIF格式），其中除音频数据外，还包含有取样频率的时钟信号、录音时是否采取了预加重处理的标志等其它信息。解码器的作用就是从串行的数据流中把这些信息提取出来，供下一步处理便用。从理论上说，如果解码芯片的性能足够好的话 （能获得十分稳定的时钟信号），转盘与解码器间采用何种传输方式（例如光学方式或同轴方式）以及使用何种品牌的信号线都不
应存在任何效果上的差异。本机所用的Crystal解码芯片CS8412-KP是一种很好的芯片，但仍不够完美，所以仍能听出不同信号线之间的差别。笔者正在继续探索新的解决方案，例如用模拟芯片AD1890作为缓冲器并重建时钟信号。有兴趣的读者也不妨自己探索一下。
●数字滤波器:其作用是利用有限脉冲响应技术（Finite Impulse Response technique）进行插值处理，即在真实的音频取样点之间插入一些由计算得出的虚拟采样点。这种做法称为“超取样”，好处是可以使数模转换过程中产生的量化噪声的频谱向高频端移动，远离人耳可闻的频带，分离起来可以比较容易和彻底，整机信噪比会有所提高。本机采用的芯片为8倍超样，即将其时钟频率提高到标准采样频率的8倍，因此量化噪声的频率可高达352KHz。然而，笔者认为不应该把超取样的作用无限夸大，没有任何理由可以说8倍超取样的声音一定会比两倍或四倍取样更好，它的作用仅仅是改善信噪比。
本机的数字滤波器芯片用NEC的5843A，这种芯片内部含有去加重功能，可以在数字域中进行去加重处理，效果比外加的模拟去加重网络要好。该芯片在进行去加重处理时有两种可选择的频率响应特性，不同的特性会使声音发生一些变化，可根据自己的爱好用DIP开关进行选择。
●数模转换器(DAC):这是整个音频解码器的心脏，其作用是读人数宇数据，并根据该数字值进行计算，将其转换成相应的电压值或电流值。实现数模转换的方法有两种，一种是阶梯式DAC，又称多比特DAC:另一种是所谓比特流技术或1比特技术。本机采用了加比特的阶梯式解码芯片，型号为Burr-Brown的PCM63P-K，共需两片。
DAC芯片工作在半数字半模拟的方式下，所以其电源供应和接地方式应该予以特别注意。
●模拟放大器:其作用是取出比特流DAC芯片的电压信号，或将阶梯式DAC的电流信号转换成电压信号，并产生一定的增益及缓冲作用。这一级对解码器的总体音色影响极大，笔者经过反复试验后决定采用电子管，用了两只6DJ8电子管，接成SRPP方式。6DJ8对偏置点比较敏感，把屏极电流调整到4.25mA时可以获得最好的效果。
如果愿意，也可以改用12AT7系列的电子管。如果用12AT7的话，需要做以下改动：把电阻R5从499欧姆改为250欧姆，以将灯丝电压从6.3V提高到12.6V；把R32、R33、R82、R83从680欧姆改为100欧姆以改变偏置电压。如果希望增高B+电压，可以换用稳压值更高的齐纳二极管。例如将其从62V改为75V，B+电压将随之升高到300V、12AT7的效果则不太好，以不用为宜。
二、非传统设计
这款DAC在设计上采用了一些非正统的方法。
第一项特殊设计是把电流信号转换成电压信号的方法。阶梯式DAC输出的模拟信号是电流信号，必须把它转换成电压信号。按照常规方法，应该用一个以电流负反馈方式工作的运算放大器来完成这项任务，但运算放大器会造成一系列问题。首先，DAC的输出电流变化速度是很快的，多数运算放大器会因反应速度不够快而导致失真 (但是用AD81不会引起这种问题，因为该运算放大器的工作频带极宽)。其次，据经验：电路越简单，器件数量越少，声音就越好，“简而佳”是一条普遍适用的原则。因此，笔者没有使用运算放大器，而只是简单地在DAC芯片的电流输出端与地线之间并联了一个100欧姆电阻，根据欧姆定律，电流输出信号就变成了电压信号。这种方法实在是太简单了，以致笔者在实施之前曾反复考虑了很久。但是我的洋朋友Peter Campbell在“摩”他的CD机时采用了这种方法，其效果获得了交口称赞，于是我不再犹豫。
该电阻的数值为100欧姆，是经过反复试验后决定的。如果电阻值太小，转换得到的电压值将很低。但电阻值太大又会引起另一个问题：在DAC芯片的内部有一个并联在输出端与地之间的二极管，其作用是当外电路出现故障时保护DAC芯片不被损坏。二极管的导通电压为O.6V，所以该电阻的值应该便工作电压远低于此导通电压。DAC芯片的最大输出电流为2mA，在100欧电阻上的最大电压降仅为0.2V，不会使保护二极管导通。结果表明：用这种方法可以获得很好的信噪比，比我试过的任何其它方法都要好，听起来简直像死一般的寂静。
另一种非正统的做法是取消了模拟电路中的低通滤波器。这个滤波器的作用是消除量化噪声，由于本机采用了8倍超取样，所以量化噪声频率为352kHz,已经远远超出了人耳可闻的频率范围。而且本机的电子管放大器通频带为3Hz至280kHz，可以自然滤除高频量化噪声而无需另加滤波器。
由于采取了上述措施，这款DAC解码器的音质特别好：声场宽阔而深邃，非噪声和隔离性能均优于定压式稳压器件。如果希望电源的性常开放;各种乐器的声音非常真实自然，完全没有其它数字设备常常会出现的那种干涩和生硬的感觉;残余的量化噪声确实存在，但只能用仪器测出，用耳朵则完全听不到。
三、制作
本机的电源部分是很重要的，见图2，共使用了两个环形变压器，其中一个供应数字部分，另一个供应模拟部分，每个变压器的额定容量均不小于50VA。模拟部分的电源变压器共有三个绕组，260V的绕组供应电子管的B+电压、12.6V的绕组供应灯丝电压，另一个有中心抽头的12.6V绕组供应DAC芯片模拟部分的电压。
整流后的直流电压被送往可调稳压器件LM317和LM317，笔者认为它们的能更好，可以采用Linear Technology的LT1085/LT1033，该稳压器件的价格比较高，但可以获得微小的、然而还是可以感觉到的改进。电子管的灯丝也通过可调稳压电源供电，以便在更换不同类型的电子管时可以改变灯丝电压。屏极所需的高压由三级管与齐钠二极管组成的稳压器供电，每个声道有独立的RC滤波器，以便提高声道间的隔离度。基于同样理由，左右声道DAC芯片的模拟部分也由各自的稳压器单独供电。
本机所有的元器件都安装在一块尺寸为6*9英寸的双面板上，见图3、图4，一面用作信号布线，另一面(安装元器件的一面)用作大面积接地。注意模拟地和数字地是分开的，只在一点相互连接，这样可以尽量避免数字噪声泄露到模拟通道中去。由于布线方面的原因，电路板上需要焊接四根跳线，走线的路径标注在原理图上的DAC芯片附近。如果有条件的话，最好在每根导线上套一个微小的铁氧体磁环并把它放在靠近DAC芯片的地方。
在电路板上靠近数字滤波器芯片(U8)的地方有一个四联的DIP开关。开关1和2(靠近U8的17、18脚的两联)用于设定采样频率为叫44.1或48KHz。多数机器是可以自动根据信号设定采样频率的，但笔者发现在听CD的时候把采样频率改成48KHz也可以造成某种微妙的声音变化，所以取消了自动电路而让你自己决定使用何种频率。开关3需要用一根跳线连接到数字滤波芯片的第27脚，该开关用于选择滤波器的响应特性。开关4用于设定数字滤波器的同步模式。笔者实在听不出在两种不同的同步模式下声音有任何区别，不过还是保留了这个开关，让你自己去决定。
本机共有三个LED指示灯。第一个是电源指示灯(PWR)，点亮表示电源接通。第二个是“数据错误”指示灯(LED1)，在搜索或暂停状态下以及传输失败的时候它会闪动。第三个是去加重指示灯(LED2)，在进行去加重处理的时候它会点亮。
如果你认为必要的话，还可以为本机加装一个静音电路，见图5。这是因为在开机时，灯丝需要一段预热时间，在预热过程中SRPP电路的输出端(也就是本机的音频输出端)的电压会有很大变化。在最初10秒时间内，电压约为25V，在第20秒的时候就能降到毫伏级。为了防止这种过渡电压被传递到功放去，本机加了一个保护电路，又称静音电路。在加电后的最初30秒中，该电路保持继电器不吸合，其常闭接点将模拟音频输出与地短路，并保持该点电压为0V。延时30秒后继电器吸合，音频输出的短路状态消除。这时灯丝己经预热完毕，输出端的电压也己正常，音频信号可以被正常地送出去。在关机的时候继电器会立即释放，将音频输出短路。如果要改变延迟时间，只需改变RC电路的时间常数即可。
事实上，不用这个保护电路也是可以的，因为功放的输入端一般均会有一个隔直流电容，只要这个电容的耐压够，开机时的过渡电压就不会造成损坏。装上它只是以防万一而已，所以将这一部分放在一块独立的电路板上，制作时可自行决定是否需要它。
最后需要说明的是：本机只有一个同轴输入端子，没有配备光学输入端子，笔者认为同轴电缆比光缆的性能更好，而且价格便宜，所以没有必要设置光学端子。即使你所用的CD机只有光学输出端而没有同轴输出端子，也可以很容易地自己安装一个，只需从电-光转换装置前面把电信号引出来就可以了。
注:本文的原文取自Internet网，网址
http://sun.soe.clarkson.edu/pub/dac
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发表于 2002-7-26 00:00
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发表于 2002-6-11 00:00
