我的HIFI WAV 播放器设计之三电路图DAC及模拟信号处理电路部分

DAC及LPF模拟输出部分电路SCH图纸二，DAC采用了Analog Device的AD1853DAC芯片，图纸由AD1853核心电路、供电部分、I/V变换部分、平衡LPF部分、平衡/非平衡转换电路部分，模拟信号处理部分电路采用了新的架构。

高保真WAV播放器的电路图之二DAC及模拟信号处理电路部分

1、AD1853是一颗素质非常高的音频DAC，它的左右声道输出是平衡式电流输出，平衡方式可以极大地降低外界对输出信号线的干扰（当然了，必须按照差分线布线的要求来布线，否则效果大打折扣），同时电流输出方式相对于电压输出方式来说也是好处多多（例如不会有在线路传输时候电压损耗问题、对信号线传输长度不敏感、外界干扰影响小），也正是由于平衡式电流输出方式等这些综合因素的保障才能达到其号称的117DB的信噪比。1853的控制也非常简单，控制信号都有独立的引脚引出，可直接通过SW拨号开关来控制，也可以通过SPI接口来控制，不过，音量调节功能就只能通过SPI控制才能行。

2、供电部分，由AD1853芯片模拟稳压和数字稳压组成，采用了经典的TL431扩流串联稳压，TL431的性能非常出色，噪音也远比317/1086这类稳压块要来得低，同时是精密基准源，而通常DAC芯片内部的基准源稳定性都一般，严重依赖外部电源供应的素质，TL431用来给DAC稳压供电是非常合适的，我个人也非常喜欢用它。在这里作为第二级稳压，由外接的的9V稳压电源提供第一级稳压。要注意的是市场上买到的不同厂家的TL431发现有的脚位是相反的，我就吃过亏，不过把它拆下来再试下竟然也没问题，真皮实啊，呵呵。

3、模拟电路部分的运放都按AD797单运放来设计，并且每个运放都预留了调零电位器的位置。要用好AD797有很多讲究，比方说，AD797看起来输入失调电压（input offset voltage）似乎很低，才80uV，大家往往都只注意到这点。可是实地用起来常常会发现输出的直流电位却不小，这是由于它的输入失调电流实在是不小（高达0.7uA）；AD797输入噪声电压水平低是出名的，1KHZ条件下只有0.9nV，可是在很多情况下实际的总输出噪声水平却要高与OPA627甚至都高与OPA134，这些都是AD797本身的结构所决定的。等以后有时间再专门写篇文章跟大家交流交流心得。很多高素质的器件，若是没有相应的理论水平去了解它，合理的运用它，它也只能发挥低档零件的效果。话说回来一台都用补品堆砌的音响也许有可能达到很高的音质水准，不过若是用普通的器件能达到同样水准的效果那才是真正的高水平，看看那些著名的顶级器材，又有多少地方是用所谓的补品，还是设计见真功啊。

4、I/V变换电路是标准的电路，要说明的是，对于I/V变换电路运放的要求是运放带宽尽量大，输入噪声水平（包括输入电压、电流）尽可能低，输入阻抗尽可能大，并且必须是单位增益稳定的。这里最理想的是用超低噪声的FET输入运放，如LT1028、OPA627这类，这里用AD797也许并不好，因为它的输入噪声电流实在太大了（几乎要比LT1028这类高数百倍），好在这里I/V变换电阻的取值只有几K所以关系倒并不大，实际的总输出噪声跟用OPA627差不多。另外就是用AD797的话必须增加R302/C302的串联，否则AD797可能会死很惨，嘿嘿。当然了如果用OPA627的话就没那么多麻烦了。还有就是PCB布局的时候这平衡两臂的运放以及外围电路尽量靠近对称布局，输入平衡线要采用差分线平行走线要求，尽可能平行靠近，同时线条宽度不要太粗。R304/R305是I/V电阻要求精密匹配并且采用优质产品。

5、平衡LPF电路部分：

LPF设计是采用了三阶的滤波电路形式，实际操作时采用二阶还是三阶甚至一阶LPF都无所谓，因为已经预留好了位置。具体是巴特沃斯还是塞贝尔滤波都是由RC的具体参数来确定。巴特沃斯下降较陡直，而塞贝尔拥有最好的频相曲线（这点很重要），波形理想，若设计好了，赛贝尔的听感会更好。LPF参数的计算调整也是件有意思的事情，DAC听感就直接取决与它了，留待以后慢慢的校音玩味吧。关于参数选择的问题等以后有时间再专门写篇文章跟大家讨论了。

由于是平衡电路，因此两臂LPF相应元件要求尽可能地匹配，好在全部是对称结构的，筛选零件也不是件难事。

特别的是，这里的电路结构是采用了在精密仪器电路上用到的改进型仪表放大器的架构，两个运放的反馈网络由R510/C505及R511/C506组成，并且通过R507连接到一起。其优点是可以提高更高的共模抑制比，更佳的动态范围，更方便的增益调整。

普通的仪表运放电路在放大时对于输入端的共模信号也是具有同差模相同的增益，放大有用的差模信号的同时，有害的共模信号也同样倍放大了。共模信号的抑制就只能靠后面的减法器来解决，效果欠佳，并且动态范围会受到共模信号非常大的限制（因为共模信号也被放大了，压缩了差模信号的动态空间）。而采用改进型的仪表放大器结构后，由于输入的共模信号在R507的两端具有相同的电位，因此不会有共模电流流过R507也就不会放大共模电压，而差模电压则按照1+（2R510/R507）的设定增益来放大，很好的解决了上面的那些问题，从而获得更优异的性能，同时对于增益调整也更方便准确，仅仅只要改变R507的值就行了。

还是又是关于AD797的，AD797在运用的时候负反馈电阻必须并联一个小电容，否则容易自激，另外就是如果C508/C507的电容比较大的话（如高于数千pF），要串联一个适当的电阻（R508/R509，一般取100欧左右），否则也不稳定。

6、平衡/非平衡转换电路，这里的转换电路其实就是经典的差分减法器电路。这里也是要说明一下，对于这类减法器来说虽然输入的正端和负端的电阻网络取值完全对称，但是对于整个电路来说它的正端和负端的输入阻抗却并不完全就相同，这是正向放大和反向放大电路的结构所固有的，跟采用什么运放没关系！如下图的反向输入阻抗为1K，而正向输入阻抗为2K，因此信号源流入减法器的正向端和反向端的电流就不一样。

因此有些电路设计的时候就采用正向和反向分别计算（BB的关于LPF计算的AN，它的正向放大和反向放大端的RC网络取值就不相同），以求两个输入端的阻抗尽量相同，不过这样带来的问题是计算复杂并且元件选择非常难，反而更容易使它的共模抑制比极大地降低得不到应有的效果，造成音质的严重劣化。

另一个效果显著的解决办法就是结合采用仪表放大器的电路构架，把LPF和这个平衡/非平衡转哈电路结合起来就是下面的架构。前面的平衡放大LPF部分不仅具有LPF功能，也作为前端I/V变换电路的缓冲，它的输入阻抗很高同时输出阻抗非常低，就大大地降低了减法器正向输入和反向输入端输入阻抗不匹配可能造成的影响，同时由于元件数值对称，因此很容易制作，效果理想。

综合采用了上面的整体架构之后对DAC输出电路部分的性能很有帮助，性能要优于AD1853官方文档中采用的I/V电路后直接接一个运放又做LPF又做平衡非平衡转换的方式（如下图）。

另一方面，采用中间专门的平衡LPF式改进型仪表放大电路结构后，可以使得整个电路具有了专门的XLR平衡输出和普通的RCA输出功能，可以任意的选择驳接后面是RCA输入的器材还是高档的平衡输入器材，有了更大的选择空间！

不过采用这种架构的缺点也是很显著的，就是运放的数目大大地增加，这里用到了多达10个AD797单运放，造价高了许多。不过好在也有许多优秀廉价的单运放可供选择，如OPA132/OPA134/OPA604/NE5534等等。

选型的考虑如下：I/V变换这级尽量采用高性能低噪声FET输入的运放（如OPA134这类，尽量不要选择双极型的），中间这级采用FET的或者双极型的都可，相对来说FET稍好些，至于最后的平衡非平衡转换级都没关系了。以上是从电路理论上分析的建议，当然全部采用NE5534这些实际上也不会爆炸，o(∩_∩)o…哈哈，看自己的喜好了。

我想强调的是调整LPF参数对听感的影响远远要大于选择所谓发烧零件，发烧零件最多也只能起到锦上添花的效果罢了，不必去舍本逐末，花了100倍的金钱去追求1%都没有的提升，这也是我这20年发烧历程回归理性的心得，希望对大家能有帮助。

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