fsclub 发表于 2010-3-30 21:52:42

转一篇好文：我的HIFI WAV播放器设计（有理论有实践，不要着急，有点长，慢慢看）

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2008-03-09 | 我的HIFI WAV播放器设计



一、前言：

       算起来从高一对音响发生浓厚的兴趣开始，漫长的DIY生涯至今已经将近20年的时间了，从小到DAC解码器、PASS P1.7前级到大吨位的单端甲类PASS A5等等，走过了一山又一山，淌过了一水又一水，有道是“为伊消得人憔悴，衣带渐宽终不悔”。不过长久以来听音乐一直没有一个理想的音源，现在大部分时间都是听从网上下载的音乐，直接通过声卡的SPDIF输出到外置的DAC来充当音源。一者始终需开着计算机，又费电噪音又大；二者毕竟绝大大部分PC声卡都是48KHZ采样而CD采样为44.1KHZ，这里就涉及到一个重采样的问题，会造成音质的大幅度劣化，并且SPDIF等传输环节也容易造成所谓时钟抖动问题，丢失信号造成音质损失。

    市场上的MP3这类播放器，虽然轻巧方便，价格也非常便宜，可是受到内置DAC等等先天的制约音质无法令人满意。一直在想如果能有一个方便轻巧，无机械装置的并且能达到HIFI级别的播放设备就好了。好在这些年收敛了盲目的发烧，对软件编程以及电子技术理论以及实践的积累，终于有能力自己来设计并DIY一个让自己满意的高品质播放设备了，也算是响应国家科技创新，从中国制造到中国设计的号召，从之前单纯模仿制作到完全自己自主创新设计的一个质的转变吧（所以从去年开始我把我的陋室命名为CookZeng的创新实验室，CookZeng Innovation Lab，嘿嘿），o(∩_∩)o…



二、构思：

       对于数字音源来说，WAV文件就是最原始的PCM信号流在文件系统上的实现，CD的音轨实际就是用于保存WAV文件，CD回放时将音轨还原成WAV数据流，通过DAC再转换成模拟信号量，并且不管什么多比特还是一比特处理技术，CD的格式就是44.1KHZ 16BIT双声道采样。

    音频文件的格式有多种，如APE、WAV、MP3等等，其中流行的MP3是有损压缩，音质损失很大，显然不符合HIFI的基本要求；而APE格式虽然较流行，但因其版权关系，自己编程软解压APE文件是个难题，好在现在可以找到一些软件可以将APE很方便快捷地还原成WAV文件（如monkey’s audio等），文件是大了一倍，不过现在的SD卡实在是太便宜了（现在2G的才60元）。

    所以现在还是把设计目标定在能够最大程度的高质量还原WAV音源，减小甚至避免可能对音质造成损失的环节，真正达到HIFI的目标。一月中旬的时候做了个实验，从SD卡文件系统上读取WAV文件再通过微处理器的I2S接口直接输出到DAC来实现回放，花了将近二周时间实验程序初步完成，把我的SAM7S64最小系统板的I2S接口输出直接接到了TDA1541电子管DAC（HIFIDIY的套件）上，回放实验证明这个想法是完全可行的，取得了非常理想的效果。



三、基本功能流程框图：

    基本的思路如下面的流程图所示，这里有几点值得关注
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设计的WAV播放器原理简图
1、时钟问题：对于CD的PCM流格式是44.1KHZ 16BIT立体声取样，因此，I2S接口的时钟通常为44.1KHZ*16bit*2声道=1411.2KHZ，由处理器的时钟通过锁相环及分频而来，处理器时钟最好是1411.2KHZ的整数倍。这里的时钟稳定性和准确性对音质是至关重要的，通常的普通晶振为30PPM以上，而温度补偿有源晶振可以做到几个PPM甚至更低（就是价格贵不易买到，通常都没现货要订货）。

2、直接从I2S同步接口输出到DAC芯片，不经过SPDIF这类异步传输的中间环节，可以最大程度的减小避免时钟抖动问题。另一方面，I2S接口设计并非是可以长距离传输的，若信号线外接电缆过长，则要考虑传输线的信号完整性问题（要加匹配电阻甚至用高电流驱动电路）。

3、WAV播放器设计为最大程度还原WAV文件本身，也就是说处理器及数字电路本身不会引起任何比特流的差异或者说音质差异，WAV文件本身素质如何，I2S输出流也就是同样素质。另一方面模拟信号还原程度还要取决于DAC部分，其中LPF的设计又是关键，很大程度上决定了听感。

2008-03-09 | 我的HIFI WAV 播放器设计之二电路图数字电路部分

四、电路图设计细节说明

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电路原理图之一微处理器数字电路部分
第一部分：数字处理部分SCH图纸一，数字部分分成以下几个部分：微处理器部分、时钟电路、SD卡电路、液晶显示屏电路、红外接收及按钮控制部分、供电部分、与DAC定义的接口。

1、处理器采用ATMEL的32位ARM7处理器AT91SAM7S64，具有32KB FLASH以及16KB SRAM，具备DMA通道和I2S等所需的接口，最高主频55MHZ，对于WAV播放器来说资源足够，同时价格也比较低容易购买，若考虑到将来可能会加入的APE、MP3以及FLAC软解码也许资源会不够，也可以采用更高档的如S128、S256的芯片，脚位分布完全一致。也听说有新的AVR32的芯片出来，好像脚位封装也一致，并且集成了DSP等功能，处理能力更强大，即使是软解压MP3也是绰绰有余。另外考虑以后程序更新，将固件写入到芯片FLASH中方便，因此增加了USB的功能，用来从PC上下载更新固件程序。还有就是将处理器的所有32根GPIO接口都引出了，还可以作为一个ARM7的学习板来用，我得意地笑，又得意地笑。。。o(∩_∩)o…哈哈

2、时钟上考虑了普通晶振和温补有源晶振（注意是3.3V的）的选择，通常选择11.2896MHZ或者16.9344MHZ，若要更新固件则必须更换成18.432MHZ（为了适应USB接口规定的时钟）的普通晶振，同时做相应的处理。

3、电源部分输入为单9V的直流，经过7805稳压成5V，这里5V主要是直接给液晶屏供电，再经过LM1117-3.3二级稳压后输出稳定的3.3V供处理器及其他部分电路，同时在给有源晶振供电的3.3V进行了单独LC滤波，对于数字电路来说LC滤波效果是最佳的。

4、功能控制电路部分采用了红外遥控和按键，采用一体化红外接收头，对于AD1853这类DAC芯片，内部集成了音量调节电路，可以通过处理器直接控制音量，这尤其对于全平衡输出的系统来说效果更佳，就像我现有平衡输入结构的PASS A5平衡输入甲类功放和PASS P1.7 平衡输入输出前级，配合AD1853DAC部分的平衡线路输出，中间甚至可以省去复杂昂贵的平衡式级进电位器。不但调节音量更方便，还避免了电位器带来的音质损失（如一个声道的电阻不一致，则会对平衡结构的共模抑制性能造成很大的下降）。全平衡的听音系统啊，又要流口水啦~~^_^

5、液晶显示接口采用了LCM12864的20PIN接口定义，同时可以兼容LCM12232，对于16PIN的LCM1602由于数据线和电源脚位完全相同，只是背光是在15、16脚需要调整下。LCM12864的模块真贵，考虑了下1602的才30元不到，要求低点也够用了。

6、数码输出接口定义，与DAC芯片相连的接口定义了用于数字音频输出的I2S三根信号线（TD/TK/TF），提供DAC芯片时钟的MCLK信号，对于这四根信号线，增加了4个匹配电阻以备优化信号完整性时所需。另外还定义了SPI接口四根（SCLK/MISO/MOSI/CS），以及I2C接口（TWCK/TWD），AD1853的控制也可由SPI接口来控制，对于有些DAC芯片（如PCM1794就得用I2C来控制）。接口定义考虑还是比较周全的吧， o(∩_∩)o…哈哈


2008-03-09 | 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

第二部分：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。

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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。


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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。

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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。

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   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。

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    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。

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    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）。

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   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。


2008-03-09 | 我的HIFI WAV 播放器设计之四PCB设计部分

五、PCB线路板设计心得（PCB的丝印和顶层、底层线路后附）
       PCB已经是VER1.2，这是第三个版本了，PCB的面积调整到15CM*20CM，还是有点大。曾经也考虑过是否改成双运放，不过想想还是单运放更发烧，干脆一不做二不休，呵呵。最后主要还是在扩展性、布局上进行了调整，尤其是在模拟电路部分做了很大的优化，花了很大的时间和心血。

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我设计的高保真WAV播放器PCB三维效果图及说明
    布局上设计成准模块化的结构，分成了处理器子系统、按钮及SD卡子系统、DAC核心子系统、供电子系统、模拟信号处理子系统（包括I/V、LPF、平衡/非平衡转换）。其中LCD12864F的液晶显示模块（7CM*9CM）可以直接堆叠在处理器子系统的PCB区域上面，固定孔和脚位的位置是重合的。并且考虑将来如果要装机箱中去的话，可以把处理器部分的PCB和SD卡按钮部分的PCB分别锯下，在机箱的面板上开好相应槽之后直接就固定到面板上去，各部分的连接都预留了接插件的位置，可以通过扁平电缆进行连接。另外还考虑到将来也许要加一个SPDIF的光纤、同轴输出子卡，就在数码输出接口的地方都预留了接口，并且在AD1853的左边放了一个固定孔，以后可以把子卡直接叠在上面。



   PCB布线是个难点，数字电路部分由于数字电路抗干扰能力强，倒比较好处理，画好后用ALTIUM DESIGNER 6.7的信号完整性分析功能分析了下，波形很好。为了更YY，把处理器及数字电路的数字地跟AD1853的数字地部分也做了个区隔，仅在左边一处小区域用覆铜相连接，桥归桥路归路，各自走各自的数字地。

    按照模数电路PCB布线的规范，数字地和模拟地必须严格分开，并且二者在垂直分布上也没有任何重叠处，也没有任何走线跨越数字地和模拟地，仅在AD1853的右边用一个磁珠进行连接。这样可以保证模拟电路不受数字电路地平面信号扰动的干扰。为了更YY，还给AD1853核心电路部分预留了焊接屏蔽罩的PASTE位置，家里还有好多紫铜皮，一直也没机会用上，这下有用武之地了。焊接的时候屏蔽罩只能焊接在模拟地的PASTE位置上，在数字地上面的部分要架空不能跟数字地短路，否则效果就差了。

       模拟信号输出处理的那部分电路PCB最费脑子了，元件的布局、PCB走线修改了N次，参考了多家厂商的评估板以及厂家商品机的实际资料和经验，结合模拟电路PCB的理论知识，反复优化，最后才终于让自己觉得满意。主要的关键思路还是严格按照差分信号平行走线的要求来做，以差分线对为中心展开的布局，元件的排列走线也是以以差分线为轴心，两侧对称分布排列。好处是很明显的，差分信号流过的路径都是对称的，信号线走线长度也都差不多，可以充分发挥平衡电路的优点，极大地削弱外界的影响，达到更好的信噪比，使音质更清澈完美。

同时对于模拟电路接地来说，保持地平面的完整性是很重要的，在地平面要尽量少的走线造成地平面隔断，破坏连续性，最好的就是使用整个覆铜面做为地平面。这个看看那些DAC厂商的评估版就知道了，通常它们都是采用四层板（不过四层板实在是太贵了，承受不起啊），内层一个是电源层，一个是完整的地平面，厂商的评估板是能保证芯片达到其所声称的最高指标的，学习厂商提供的参考电路图、评估版以及应用资料是个很好的学习途径。这里顶层的铜箔大面积铺地做为地平面，基本上都在底层进行走线，并且在底层空余的区域尽可能的覆地，力求每根走线都有包地（就是把走线周围用地线来包围），以达到最好的信噪比，底层的铺地通过众多的过孔与顶层的地平面直接相连，以最大限度的降低地平面的阻抗。

       另外、也是为了更YY，把左右声道跟AD1853的模拟地也进行了区域分开，在PCB的左侧进行了各功能区块接地的汇合，以保证各个功能区块地平面的相对独立，达到更完美的境地。

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我设计的高保真WAV播放器PCB顶层丝印

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我设计的高保真WAV播放器PCB 底层BottomLayer

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我设计的高保真WAV播放器PCB顶层TopLayer

fsclub 发表于 2010-3-30 21:55:57

2008-03-29 | 今天周末，有了时间，又测试了下这个数字播放器AD1853的DAC部输出信号波形，拍了下照片留底
今天周末，有了时间，又测试了下这个数字播放器AD1853的DAC部输出信号波形，拍了下照片留底（

还是发到网上不怕丢啊，呵呵）。

    这次的LPF设计是按照三阶贝塞尔来设计的，主要是看重其快速响应性和相位线性好，这些很重要，不大喜欢2阶巴特沃司，它的响应太差了，大凡要求较高的高速模拟AD前端通常都不采用它，个人觉得对于现代的高品质音频DAC来说，要么是最简单的一阶LOWPASS，要么是三阶的贝塞尔。按照设计，-3DB点在55.5KHZ，-0.4db@20khz ，-28度@20KHZ，仔细测试下实际电路做个比较看看

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3阶赛贝尔-3db@56khz

    做了25HZ / 100HZ / 1KHZ / 10KHZ /20KHZ的正弦波WAV文件，用的是16BIT立体声44.1KHZ采样生成。分别用播放器播放，并把波形照片波形拍了下来，我的这个二手模拟示波器实在是不行了，水平基线不但会漂移，而且还老是会跳动，拍起来可真不容易啊。

   25HZ的波形实在是太慢了，示波器的余晖不够，用照相机拍下来就成了一片黑了，只有很淡的余晖

   100HZ的正弦波形，幅度是0.83VPP左右

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100hz正弦波波形幅度0.83Vpp
   1KHZ的正弦波形，幅度也是0.83VPP左右

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1khz正弦波波形幅度0.83Vpp
   10KHZ、0.82VPP

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10khz正弦波波形照片 幅度0.82Vpp
   20KHZ 、0.8VPP

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20khz正弦波波形照片 幅度0.80Vpp
    计算一下，以1KHZ时候的幅度为基准20KHZ的时候就是 20*LOG(0.8/0.83) = -0.32db左右，还是很准确的嘛，我的零件还有误差呢。不错不错。呵呵

2008-03-29 | 呕心沥血2个月，终于完成了我的高品质HIFI WAV播放器！终于不必为没有高质量音源而苦恼了：）

真是好事多磨，PCB厂家竟然让我等了3周才晃晃悠悠地交出板子，而且还是转手给其他厂家代工的，不就是量少点么，真是气坏了！要说DIYER多么不容易啊，处处受人欺负！（我要是超人就好了，哈哈）
    生气归生气，周五回到家还是亟不可待地开工，花了整整一个周末多的时间筛选零件、焊板子、上电、调试，终于在上个周日完成了播放器制作。测电位、波形等都很好，功能验证也没问题...于是开声了，o(∩_∩)o...哈哈

上图：

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播放器整体照片
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播放器底板照片
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上电了，正在播放，拍的角度偏了，还开了闪光，所以兰底白字的液晶，成了蓝底黑字了，呵呵
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播放中照片2，呵呵，这张拍得还可以，没开闪光了
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播放中照片3，蔡琴大姐的《张三的歌》
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关灯！拍照！呵呵，在黑暗中液晶还是很漂亮的哦


    整个电路板下面部分是处理器系统，采用了AT91SAM7S系列，板子上面留了LCD12864显示屏的安装位置，可以直接堆叠在上面，右下是SD卡及4个控制按钮，都设计成结构化的功能模块，控制部分以及数字处理系统可以单独锯下，通过预留的插座与其他部分电路连接，可以方便今后装到机箱里，也可以独立出来单独使用，例如可以把数字处理板单独出来做数字I2S输出给其他的DAC芯片换口味，或者AD1853系统_独立出来外接其他的I2S输入(比方说CD/8414等)，或者是今后再叠加上一个SPDIF的输入输出子卡，将播放器的数字信号输出给其他的DAC解码器SPDIF接口，抑或将外部的SPDIF信号转换成I2S供AD1853。。。可以灵活的实现各种需要的组合，并且这些信号线的接口都预先做了定义，有SPI/I2S/I2C，只要程序修改后可以用数字板直接控制各种类型的DAC芯片（如AD1955/PCM1794等等）。
    板子最下面那个黑黑的，有个圆球状突起的东东是一体化红外接收头，是用来红外遥控的，有了遥控器就方便多了，现在可以实现选曲、播放、暂停、顺序播放、随机播放等各种功能，还可以直接控制AD1853里面的音量控制电路，实现1000级步进的音量调节(这个功能实在太棒了，这样我可以直接全平衡方式地直驳AP1.7和PASS A5，不通过复杂的平衡音量电位器了)，呵呵，比按钮方便多了，不过程序的控制部分具体怎么操作流程我还没规划好，想法太多了，不知道自己究竟想怎么去做，项目管理里面术语叫做项目需求不明确，呵呵。
   最左边那个方的方金属壳是USB的方形接口，这个是用来接PC的USB接口的,可以很方便的实现播放器固件的下载升级。旁边那个有源晶振，可惜跑遍了电子市场只买到了11.2896的半尺寸有源晶振，丑是丑了点，只好这样先将就了，等以后再换成温补的全尺寸晶振了。中间那个黑黑的扁扁的方方的就是最核心的器件了，照片上我用的是AT91SAM7S256，是S系列里面的最高档芯片了，主要是自己手头只有这么一片，不想再去零买S64看JS的脸色了，这个S256比S64要贵多了，就是256KB FLASH、64K RAM其他都跟S64是一样的。要说高性价比和最容易购买还是得AT91SAM7S64了。


    电路板的上部是AD1853以及电源，DAC输出可以同时采用RCA非平衡输出或者是全平衡输出，一共用到了10个单运放。I/V、平衡LPF电路部分用的是AD797，手头上只有6片，还差2片就先拿OPA134来代替了，效果也非常棒，平衡/非平衡转换输出部分设计时候是按AD797来设计，实际上是用了AD811，所以AD797上的那个负反馈电容没加（AD811是高速电流反馈型运放）。好在自己在等待PCB加工的漫长岁月里闲来无聊，电路是仿真了又仿真，参数是计算了又计算，所以一切都在预料之中，调试过程很顺利，各部分电位都没有正常，并且将RCA输出的直流偏移电位调整到了0.5MV以内，这样可以彻底实现整个放音系统的全直流放大，彻底消除由耦合电容引起的相位失真等因素，用示波器观察输出端的波形，确保电路没有自激等异常情况发生。又用COOLEDIT录制了20KHZ 1KHZ等几个频率的正弦波波形，通过播放器播放，再用示波器观察输出端的输出波形，波形都是非常完美o(∩_∩)o...哈哈
    电源设计是采用运放独立的正负15V供电，AD1853 数字、模拟独立的2路9V，数字处理器子系统采用独立的9V供电，由于条件所限开声的时候没这么接，把AD1853的模拟电源直接接到了运放的正15伏上，数字电与处理器系统公用。初级稳压都是采用了论坛的LM317/LM337稳压套件，好在前几年在论坛里买了不少PCB屯着，现在还没用完，呵呵。
   
   我这个人是不大愿意提听感，一则自认为是木耳朵，呵呵，二则更主要觉得谈论听感难免不够客观，每个人的喜好想去甚远，不负责任得口若悬河尤其会容易误人子弟。不过这次开声后给我的感觉就完全能用震惊这个词语来概括，感受颇深，所谓有感而发，呵呵。
    从1月底完成实验后，由于PCB没有出来，因此一直都是S64的最小系统板用杜邦线连接到论坛早期的电子管TDA1541DAC的I2S接口来播放的，当时的感觉就已经非常理想了，直到上周日把新做的PCB全部焊完，调试完毕开声后就一直让人非常振奋，完全给人一种耳目一新的感觉，为了尽量减少主观感受，因此一直聆听了一周，等到熟悉了，等到最初的那种容易导致偏差的兴奋劲头过去之后，才感谈谈感受。
    我的听音系统用的这个数码播放器直接驳接到自己一直在用的PHASE120功放，中间完全是全直流耦合，音箱用的是一对老南京经典6.5寸+惠威SS1的书架箱，另外一对就是买的惠威的老版本D3.2，两对音响的风格完全不同，D3.2的比较粗旷，劲道十足，爆发力强劲，而老南京的音乐性很好，尤其听弦乐以及女声这类非常好听，可惜啊，老南京早在10多年前就已经转产了，手中这对93年大一的时候买的老南京成了真正的经典了。。。
    首先谈谈底噪吧，给人强烈的感受就本底噪音极其低，别说耳朵贴到喇叭上，就是直接带上耳机不管怎么听也听不到一点噪音，真正是叫寂静无声，我想这个要得益于AD1853的高达117DB的信噪比，以及后面AD797的合理运用吧。
    听音的节目还是用的很早以前保存的惠威发烧碟CD1，里面的25首曲目早都听了不知道多少便了，烂熟哦，呵呵。用EAC转成WAV后放到SD卡的播放目录中播放。
    音乐响起后最突出的感受首先是清澈细腻、纤毫毕现，对，这个是毫无疑问的，感受实在是太强烈了，与之前一直在听的电子管TDA1541DAC 形成鲜明的对比。高音晶莹通透延伸很好，让人有种水晶般一尘不染的感受。 听音中的细节一下子多了很多，听这张早已烂熟的CD1，却有一种全新的感觉，尤其是在听那首男声的《偏偏喜欢你》的时候，轮廓更清晰，突然发现歌手轻微的口水声换气声多了很多（呵呵，很抱歉这个形容不怎么贴切，不过我确实不知道该怎么准确的表达激动的心情）。声音整体的层次感很强，很通透，细节交代得非常清楚，原先很多首曲目中没有感觉到的细节此刻纷纷都涌了出来。低频的控制力、力度和弹跳力极佳，在听《鼓诗》的时候，你能深刻感受到大鼓蒙皮的那种张力，那种紧绷的迫力，仿佛有种压迫感一直迫到你的心脏，压得你无法呼吸。整体的动态和速度感非常理想，这在听《狩猎波尔卡》和交响乐的时候就会深有感触，乐器的层次和定位交代得很清晰。
   以上只是简单谈了下听音时候几点最突出的感受，声音整体的表现是非常让人欣喜的，整体综合素质远远胜过手上这台做对比的电子管版TDA1541。就个人肤浅的认为，这个声音表现可以轻松胜出千元级别中低端CD机，即使是5K级别的中端CD机来说也是有得一拼了，呵呵o(∩_∩)o...

   另外条件限制，并没有都用到发烧零件，电源也没分开只是暂时用LM317这些来做的，电容用的是黄色的汤姆逊电容及松下的薄膜电容，只在关键的地方如I/V电阻，平衡非平衡转换部分用到了DALE电阻，主要是为了精密低噪及稳定的考虑。相信通过一定的调整后，还能有更好的表现。

fsclub 发表于 2010-3-30 21:56:39

另一篇运放使用文章也转于此：

2008-03-10 | 关于AD797运放使用的浅谈   
    前些日子一直在设计我的HIFI WAV播放器的DAC部分时，正好手头有几颗AD797想用上，有感于器件的应用，特此匆匆写了此文希望与广大爱好者交流下心得。

   AD797是AnalogDevice公司出品的一颗超低噪音低失真单运放，性能出众。有着0.9nV√Hz@1KHz的超低噪音，-120db@20KHz的超低失真，以及80uV的输入失调电压。优异的性能指标得到了广大爱好者的追捧，它的音质也备受好评。然而如此优秀的运放，真的就是包治百病的万灵丹，真的就立竿见影，使音响脱胎换骨吗？答案当然是否定的，再好的器件也是需要有一定的应用限制，离开了电路的整体，单单谈论单一器件本身是意义不大的。大家都喜欢用AD797，但是您真的了解它，用好它了吗？也许您忽视了一些重要的细节，这里就一些问题与大家就技术问题做个探讨，为了更好地说明问题，就让AD797与OPA604来个PK吧。（这里不去谈论什么听感不听感的，仅就技术细节做分析）

首先让我们先来看看它的部分指标吧（都摘自其官方的DATASHEET文档）

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542456.jpg
(原文件名:25.jpg)

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542457.jpg
(原文件名:26.jpg)

datasheet相信每个人在运用器件之前应该仔仔细细地阅读过，这里摆出来做个对照。

第一个问题：神话中的AD797真的就能做到超低噪音输出吗？
       做对比的时候大家估计首先就会对比他们在1KHz下的 Input Voltage Noise，在这里AD797是0.9nV√Hz，而OPA604是10nV√Hz，看起来似乎明显是AD797胜利了。没错！，不过实际应用起来果真如此吗，下面就搭一个常用的10倍正向放大电路看看。

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542458.jpg
(原文件名:27-1.jpg)

做一下噪声仿真分析：
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542459.jpg
(原文件名:27.jpg)   

说明下，图示的纵轴是电路Vout端总的输出噪声真有效值电压(Vrms)，横轴是频率带宽。

   为什么呢？为什么呢？为什么在一模一样的应用环境下号称超低噪声的AD797的输出噪声电压竟然比普通的OPA604还要高一倍还要多呢？！（这里不用怀疑仿真软件问题，仿真软件都是采用官方提供SPICE模型来的，国外专业的电子工程师都是先进行仿真后才会进入下一阶段工作，仿真出来的结果跟真实的值是很接近的！）

       要知道为什么就首先要知道输出噪声电压是怎么来的。

1、信号源Vin的内阻Rin，这个内阻相当于是串联在一个理想的内阻为0的信号源上的（通常情况下信号源内阻不会是0）。我们知道只要是电阻，不管你什么极品发烧电阻还是普通电阻，就都有本底热噪声并且这个值是随着电阻值以及带宽的增加而增加的，计算公式为

Vn=0.126√(R*B)    这里的R单位是KB，B是频率带宽，单位KHZ，Vn的单位是uVrms

2、反馈网络R1//R2的并联电阻所固有的本底热噪声。

3、运放的输入噪声电压En，计算方法是：(以AD797为例)

Von= 0.9nV√Hz * 10倍 * √1MHZ(带宽) = 9uVrms而这里OPA604要高10倍，达到90uVrms了。说道这里仅从运放的输入噪声电压来说AD797确实是低的，不过对于应用电路来说这个还不算是最主要矛盾啊，关键还有下面2个计算

4、终于到问题的根了，这里有个很重要而往往倍忽视的指标，输入噪声电流（input current noise）In，看看PDF，AD797是2pA√Hz ，而OPA604只有6fA√Hz（fA是pA的千分之一），相差了300多倍啊！。

这个噪声电流会流过信号源内阻Rin，以及反馈网络电阻R1//R2，从而产生噪声电压计算公式是In*R。   

把以上的五项分别的噪声电压值的平方和开根号，再乘以放大倍数以及带宽就得出了总的输出噪声电压的真有效值（对于噪声来说谈论真有效值才比较有意义）

       现在知道电路总的输出噪声电压怎么来的了吧，再分析下上面的AD797和OPA604的PK，问题的关键就在与AD797的输入电流噪声实在是不小了（比NE5534还要大），这个电流与信号源内阻与反馈网络电阻相作用，导致了AD797最终的噪音要远远大于OPA604了。

现在把反馈电阻R1、R2调整为1K、9K再看看

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542460.jpg
(原文件名:28.jpg)   

上图，在反馈电阻降低10倍的情况下电路噪音都减小了，AD797在信号源内阻为0的情况下噪音为45uVrms，要低于OPA604的62uVrms了，不过，当信号源内阻为10K欧的情况下AD797的噪声上升到了220uVrms左右，而OPA604则依旧维持较低62uVrms左右不变。可见AD797的低噪声特性只适用在信号源内阻小于1K的情况才能体现。

因此由上面的分析可以推导出结论，如果要真正发挥AD797的低噪音特性，就必须有2个条件，一个是信号源内阻必须尽量小！另一个就是反馈网络的电阻值尽量小！所以，一定要注意运放的应用条件，先做个分析再确定该使用何种器件。


第二个问题：不是80uV的输入失调电压吗，为什么我的输出失调电压这么大？！
经常会遇到有人问这样的问题，搭了一个放大电路，却发现输出直流偏移却离自己的设想相差很远。还是拿上面那个10倍正向放大电路来计算吧

首先为了便于计算假定信号源内阻为0欧

http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_28/ourdev_542461.jpg
(原文件名:29.jpg)


看到了吧，一模一样的工作环境可是AD797的输出直流电位竟然高达118mV！很吃惊吧，不用怀疑您的AD797是假货，先仔细分析下吧。

       看PDF的时候大家一定首先注意一个指标Input Offset Voltage（Vos），AD797是25uV,而OPA604典型值高达1mV。那么这个输入失调电压就是全部吗？当然不是，这是个重要指标但是大家往往却忽略了一个更重要的指标就是输入失调电流Input Offset Current(Ios)以及输入偏置电流Input Bias Current（Ib）。对于AD797：Ib=0.25uA~1.5uA Ios=0.1~0.4uA；而OPA604分别只有100pA和正负4pA，这里造成这么大直流偏移的最关键因素正式这输入偏置电流！

    图中由于信号源内阻为0欧，因此正负输入端的电位都是0V，没有电流流过R1，因此偏置电流Ib流过R2产生了压降加在了Vout输出端上，偏移电压大致=Ib * R2，假定最大Ib=1.5uA则输出直流电位=1.5uA*90k=145mV之巨了！

    另外以上是不考虑信号源内阻（相当于输入端对地短路）的情况，实际上电路接入系统中后由于信号源内阻的变化，同样输出的直流电位也会发生相应变化，这些都是可以计算出来的，稍微麻烦点，可以直接用仿真软件仿真来评估来得更轻松些。


       以上仅仅肤浅地分析了噪音和直流偏移电位两个方面，这个对于其他运放都是具有普遍意义的，尤其是双极型运放要特别引起注意，相对来将最方便还是用FET运放了，不大会出什么问题，不过就是FET运放的温度特性和精密性不如双极型运放。现在已经有新型的所谓超β三极管做输入的运放出现，很好地解决了双极型运放输入阻抗低，输入电流及输入电流噪声大等这些问题。关于AD797还有更多的讲究，在它的DATASHEET上有详细说明。好了，累了，就写到这里吧，希望看了本文大家能有所收获。

reynold520 发表于 2010-3-30 22:45:51

顶大胡子！

wanglituan 发表于 2010-3-30 23:18:44

这个不错看来2010要流行功放了

aaaa_bbbb_cccc 发表于 2010-3-30 23:22:02

有代码吗？

ammcu 发表于 2010-3-31 09:10:00

是不是hifidiy的dd？

mimikankan 发表于 2010-3-31 09:16:54

惊世之作，上AVR这么多年来，没见过这样精辟的好贴

liujun6037 发表于 2010-3-31 09:28:41

回复【2楼】fsclub 绿林好汉
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此文作者绝对是大牛中的大牛.软硬精通.
作者应该是40岁左右.放在武侠剧里面,应该是无名级别的人物了.
佩服佩服!

ce180303 发表于 2010-3-31 09:43:28

搞得我都冲动想做一个了。。。

VERY 发表于 2010-3-31 09:47:14

呵呵，不错

lenyuye 发表于 2010-3-31 10:05:04

高深，顶顶

stdio 发表于 2010-3-31 11:40:13

精彩～

fsclub 发表于 2010-3-31 12:16:23

我已经完成了AD1853的DAC部分。预留了SPI控制器的（FAN-702A方案）。准备买AD797和OPA627换下NE5534。还准备买BUF03作缓冲。

此文和ARMOK及我的想法不谋而合，就是纯WAV播放器。

emicro 发表于 2010-3-31 13:14:24

看的我都想下水啦，先冷静哈。

x9fish 发表于 2010-3-31 13:33:02

好文啊，全面翔实，仿制一台都很有意义。
作者93年大一，可以大致推断年龄。

90999 发表于 2010-3-31 16:43:09

这板子好象以前 某个人发过............在耳机那里~~~~

zxy1217 发表于 2010-3-31 19:27:59

值得仔细看看。

STM32_Study 发表于 2010-3-31 19:30:42

作者就是本坛的呀~~

原文发于hifidiy

sunzhaod 发表于 2010-3-31 19:31:21

好文章！！！！

armok 发表于 2010-3-31 19:31:29

回复【13楼】fsclub 绿林好汉
我已经完成了AD1853的DAC部分。预留了SPI控制器的（FAN-702A方案）。准备买AD797和OPA627换下NE5534。还准备买BUF03作缓冲。
此文和ARMOK及我的想法不谋而合，就是纯WAV播放器。
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呵呵，英雄所见略同嘛。

guke 发表于 2010-3-31 22:05:16

佩服，佩服。。。

307456762 发表于 2010-3-31 23:20:54

期待量产化 价格平民化 普及化。。。。。。。。。。。。。。

damoplus 发表于 2010-4-1 00:07:56

见过，很牛！

superyongzhe 发表于 2010-4-1 00:20:17

很强大，mark

huanwuleng 发表于 2010-4-1 07:43:37

mark

cookie2g 发表于 2010-4-1 08:51:19

mark

ming076 发表于 2010-4-1 08:57:46

mark

loongsuns 发表于 2010-4-1 09:09:38

mark

pao123 发表于 2010-4-1 09:29:18

mark下

flamingo 发表于 2010-4-1 09:33:55

好文章

lanshuitianxia 发表于 2010-4-1 11:05:41

很好 我都有想做个玩玩的冲动了

dnty 发表于 2010-4-3 19:03:34

这个资料很好。怎么收藏帖子哈？

qiufeng 发表于 2010-4-3 20:40:11

顶!

yaya001 发表于 2010-4-3 21:20:08

顶!顶!

hawkinsky 发表于 2010-4-3 22:11:32

不能不顶呀，这几天研究一下，看能不能仿制一台！

wenwu 发表于 2010-4-3 22:17:33

研究中。。。

potatoES 发表于 2010-4-3 22:43:25

好庞大的工作量如果是一次开发的话。

chahu1227 发表于 2010-4-7 20:37:23

mark

yusufu 发表于 2010-4-7 22:30:09

真羡慕~~~~

computer-xu 发表于 2010-4-8 04:12:29

在春风之前就做出来了，作者好象在本论坛也有ID吧

moon0213 发表于 2010-4-8 08:36:26

mark

jackiezeng 发表于 2010-4-8 08:39:01

MARK

zhames 发表于 2010-4-8 13:39:47

mark

Forever 发表于 2010-4-8 15:10:16

不错，玩的有高度有深度！！！
顶了！

guolun 发表于 2010-4-8 18:54:11

我造不出来，可以买一套吗？

likedev 发表于 2010-4-8 19:27:13

此贴一定要顶！！上完整的文档！
看的比较清楚，包含了原理图！感谢作者！
Cookzeng的高保_真WAV数码音乐播放器的设计文档V1.pdfourdev_544552.pdf(文件大小:882K) (原文件名:Cookzeng的高保_真WAV数码音乐播放器的设计文档V1.pdf)
原下载地址：http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=125580&highlight=HIFI%2B%2B%B2%A5%B7%C5%C6%F7

flyingcys 发表于 2010-6-24 01:17:15

关注

woshimajia222 发表于 2010-6-24 06:30:09

这东西有人出掉（无外壳）700元，额可惜早就出了（幸亏没有了，否则哪天废品店多了些铁，而偶家少了些锅啊）

zhujlong 发表于 2010-6-24 08:56:09

强帖~

belief_seven 发表于 2010-6-24 09:08:49

mark

elecom 发表于 2010-6-24 09:35:33

mark

sharpufo 发表于 2010-6-24 18:05:00

回复【13楼】fsclub 绿林好汉
我已经完成了ad1853的dac部分。预留了spi控制器的（fan-702a方案）。准备买ad797和opa627换下ne5534。还准备买buf03作缓冲。
此文和armok及我的想法不谋而合，就是纯wav播放器。
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其实个人认为纯不纯wav跟音质没有什么本质上的冲突，无损文件解压出来数据并没有什么不同，关键是处理器解码速度要能跟上就行了。
现在用不知名的stm32f103开发板做了个简易的SD卡纯wav播放器，DAC用的是菜根级TDA1305,不过音质还是远超过一般的什么MP3、MP5的。
软件上采用开源文件系统FATFS.播放WAV文件不用解压，程序比较容易。
现在想进一步支持无损格式，我想只支持flac就可以了，flac解码开源而且只要整形运算就可以。
如果可能就进一步搞鸡肋的mp3软解压.（如果做就用LIBMAD,不过可能够呛啊，stm32额定频率是72m,超到128m稳定，但不知道够不够用,长时间有什么问题没有，现在只播放wav跑72M.)

litteworm 发表于 2010-6-24 18:35:07

好文
谢谢大胡子····

sangreal 发表于 2010-6-24 18:50:11

谢谢楼主无私分享！

sheant 发表于 2010-6-24 18:57:18

牛人，好资料啊，收藏！

chenruichao 发表于 2010-6-24 19:17:59

猛猛猛，拜服

ep1c3 发表于 2010-7-13 12:40:29

mark

simence 发表于 2010-7-23 05:31:06

强大

jpchen 发表于 2010-7-23 06:59:48

好文章，mark

DSP_2812 发表于 2010-7-23 08:28:13

好文章，mark

zqd311107 发表于 2010-7-23 22:47:15

好文章，mark

adszmc 发表于 2010-7-24 01:01:41

顶，大胡子大叔，把的你CookZeng的创新实验室上PP啊？很期待~！！ ：）

joni 发表于 2010-7-24 04:04:38

mark

forthisforthat 发表于 2010-7-24 21:41:42

大胡子大叔,哪一界？

fengpc 发表于 2010-7-25 12:20:46

现在可以考虑用JZ或者RK的方案啊，自己搞好DA和模拟部分

fsclub 发表于 2010-7-25 14:22:19

回复【64楼】forthisforthat
大胡子大叔,哪一界？
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看帖看好啊，这帖 是转的！

pollycat 发表于 2010-9-13 11:19:37

先mark,下班后再看

liumapple 发表于 2010-9-13 13:22:26

mark

flagyan 发表于 2010-12-9 22:59:09

mark

sunicecream 发表于 2010-12-9 23:47:14

好文，MARK~

bbsidking 发表于 2010-12-10 01:13:24

mark

au730 发表于 2010-12-10 02:46:14

mark

polar 发表于 2010-12-10 04:27:08

好东西 收藏了

chenwei1919 发表于 2010-12-10 07:07:59

收藏

zbjzxc 发表于 2010-12-10 08:27:32

手痒了~~也想做个~~

qd_lee 发表于 2010-12-10 15:00:59

mark

andriy 发表于 2010-12-10 18:14:15

好文，值得学习

tttt_cn 发表于 2010-12-10 22:46:15

mark

esdart 发表于 2010-12-10 22:50:06

好长，先顶再看。

billowtust 发表于 2010-12-10 23:10:42

手痒了，回来用DM642整一个，主频600/720M，接口N丰富，哈哈

laoyin 发表于 2010-12-11 00:42:14

好帖，顺便问一下TDA1541现在市场上卖多少钱一片？

wwwdege 发表于 2010-12-11 14:24:19

好贴

pp10101 发表于 2010-12-11 14:58:02

mark

gloryzkl 发表于 2010-12-11 16:51:04

蹲下慢慢看…

benson5217 发表于 2010-12-11 22:01:27

mark

sinocxg 发表于 2010-12-13 09:19:34

记号，慢慢学

castlehu 发表于 2010-12-14 00:06:22

mark

redriver 发表于 2010-12-27 12:21:32

楼主还有多余的空板不？

sunicecream 发表于 2011-3-7 19:42:47

牛人呀~~~~~~~

zhousd 发表于 2011-3-7 20:52:16

若没有猜错，作者现在可能已做成产品售卖了。

avrwoo 发表于 2011-3-7 20:55:33

经典的好帖

rwen2012 发表于 2011-3-9 08:21:40

up

wpnx 发表于 2011-3-9 08:46:38

mark

393283313 发表于 2011-3-13 15:30:50

强帖，留名！

cain.lee 发表于 2011-3-16 19:35:43

这是好文章啊~~~我下次把这个做成PDF~~~~让更多人看到···

lixupeng 发表于 2011-3-16 20:14:59

mark!!!!

lqdjdy 发表于 2011-3-16 20:37:07

mark

caiyue3577 发表于 2011-3-16 20:40:47

牛人！！！

honey655729 发表于 2011-3-16 21:21:14

mark
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