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2021年4月28日 星期三

音訊DAC技術指南:高階解碼晶片排名

音訊「解碼器」中最核心、重要的器件,無非就是「解碼」(DAC,數位類比轉換)晶片了,大家常常很關注音訊DAC晶片的選用,也熱衷於對其優劣的討論。

本文嘗試對當前最優秀的高階音訊DAC晶片的結構、技術和性能等做簡單介紹,作一個排名,以供大家參考。

儘管如此,任何一個優質的音訊DAC晶片(無關排名),都有可能被用來實現整機的好聲音。想必,我們要客觀地認識DAC晶片的重要性,更要客觀地認識晶片的整機配合的重要性。所以,本文並不提倡唯「芯」主義。

1. 音訊DAC晶片的類型

1970年代,開始有了單片積體電路(IC)的DAC,就算是開啟了DAC的晶片時代。而最早的DAC晶片是從使用加權電阻的結構,雙極電晶體的工藝(處理)技術開始的。

1975年的8bit DAC晶片DAC08,摘自 《The Data Conversion Handbook》, ANALOG DEVICES, 2005

1) 分壓式

在音訊應用,傳統的技術是使用分壓式結構的(R-2R是分壓式的一個特例),多位(並行輸入)的PCM(脈衝編碼調製)數據格式,為了改善精度和提高速度,降低功耗,工藝逐步採用互補雙極性電晶體、薄膜電阻加雷射矯正和現在的CMOS電路等。這類晶片中,著名的有如Burr-Brown公司(2000年被Texas Instruments收購)R-2R結構的幾款晶片:

PCM63:1998年推出,支援20bit/96kHz的PCM音訊信號,動態範圍108dB;

PCM1702:1995年推出,20bit,動態範圍110dB;

PCM1704:1999年推出,24bit,動態範圍112dB。

這些晶片都採用了一些特別手段來改善性能,如使用「符號量級(sign-magnitude)」架構在零位附近採用小的級差、互補的兩套DAC電路來產生絕對的電流,雷射矯正的電阻等措施,來減少過零失真和差分誤差。

R-2R DAC晶片PCM1704,摘自《PCM1704 24-Bit, Datasheet》,Burr-Brown Corporation, February, 1999

Philips半導體公司(2006年與Motorola半導體合併成立成為NXP半導體公司)還推出了的數位流(串行輸入)的DAC晶片如:

TDA1541/TDA1541A:16bit,推出時間分別為1985年和1991年,信噪比95dB和110dB,使用10位元+6位元的分壓器,其中低位6位元使用3個2位元進行輪換,實現動態元件適配(DEM)功能,來降低失真,TDA1541A按差分線性誤差從高到低還分為/N2/R1、/N2和/N2/S1的級別;

TDA1547:1991年推出,1位元(支援20位元PCM信號),信噪比113dB,動態範圍108dB,需與SAA7350數位流電路配合使用。分離晶片的布局和獨立聲道設計,有很好的聲道分離度(115dB),通過切換電容分壓網路來進行數位類比轉換,很適合當時的高階CD機等設備使用。

數位流DAC晶片TDA1547方塊圖,摘自《TDA1547 Datasheet》 Philips Semiconductors, September 1991

2016年2月19日 星期五

ESS 徹底革新智慧手機音質 發表ES9118 SoC耳機輸出晶片

MWC 2016即將來到,ESS於昨日發表新的行動裝置用 ES9118 SoC 系統晶片,此晶片整合ESS SABRE DAC、耳機放大器、無損輸出切換等功能,透過ESS獨家的HyperSteam®技術,使用此晶片可讓智慧手機或行動裝置的耳機輸出音質達到訊噪比(SNR)127dB以及總諧波失真加噪音(THD+N)-113dB的音響等級音質。

ES9118 SABRE HiFi SoC 是專為高解析音樂與發燒音質等級所設計的32位元系統晶片,整合了雙聲道數位轉類比解碼器 (DAC) 、耳機放大器與無損輸出切換,提供方便設計的40 pin CSP或QFN封裝,使用ESS專利的32位元HyperStream®DAC架構和時域抖動消除器,最高可輸出訊噪比(SNR)127dB以及總諧波失真加噪音(THD+N)-113dB的音質。ES9118在主或從時鐘模式下能支持高達32bit//384kHz PCM和DSD256音訊格式。擁有可程式化的八個預設FIR濾波器可自訂獨家音色。ES9118集成的耳機放大器支持高達1.1Vrms與類比音量控制輸出,以減少在實際聆聽時的輸出噪聲。專利的輸出開關可切換至非HiFi的音訊來源,如語音應用,可繞過ES9118以降低使用功耗。使用ES9118獨特的THD補償電路可讓次優的PCB元件和佈線所產生的失真最小化,而PCB設計空間與周邊元件成本可透過ES9118已整合的反饋電阻和供DAC使用的低雜訊LDO達到最小化。

ESS在此次西班牙巴塞隆納舉辦的MWC(世界行動通訊大會)中會有ES9118的公開演示。

新聞來源:ESS官方網站