图文易读版
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背景知识可参考 R2R dac 开发计画：Soekris 1121 OEM ver
文章代码(AID): #1NrJP5ni (Headphone) [ptt.cc] [心得] R2R dac 开发计画：S │
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本来打算悠闲地打完这篇文章, 不过前些日子破纪录的12级强风差点把桌上整套器材给毁
了(幸好最后只烧掉笔电变压器, 窗缝搞得像喷泉一样真的有够恐怖). 已经针对
Soekris OEM 版本(1121)的板子去做一些更详细的量测, 虽然没有玩过早期的板子, 不
过可以很明确地感受到这块板子一些老问题可能透过新的 layout 解决掉了. （有联络到
版友可出借 1021-02 rev3 版本的 Soekris, 到时再出对比测试报告). 在没地线的老房
子听器材真的痛苦, 先前还嫌公司地线不够干净想偷打一根地棒或者趁没人用的时候从静
电测试区拉一条干净的来用(好孩子不要学).
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使用 NI 七位半的电表卡检查 R2R 上 10K 与 5K 欧姆电阻的阻值分布. 手边也有大家公
认不错的 34410A , 不过 NI 的电表卡有校正过精确度也不输(主要软件从范例改很快就
弄出半自动量测程式)。当然半手动操作下偶尔没搭好针, 手抖了一下就会像上图多取到
几个偏差特别大的值, 基本上在量测这种高精度的电阻时搭测针的接触阻抗就会让量测到
的变异更大，不过作为上限估测也够了
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手边这块板子订制的是 0.01% 的版本, 总共使用了 52颗 10K ohm 与 40 颗 5K ohm 的
精密电阻购成 R2R (我猜是 vishey 的薄膜制程贴片电阻,不过也可能是日本厂商) . 以
10K ohm 结果来说量测样本组值得标准差大概是 0.014%, 严格来说已经很接近出厂宣称
0.01% 精度规格，其中的差距大概就是搭针量测不够严谨加上手残导致。其中电阻最大
值与最小值的差距大约在0.08% 左右，倒也符合常态分布的结果, 5K 的测试结果与 10
K 相仿. 虽然阻值精度主要影响 THD+N 的数据够不够漂亮, 听感方面的影响可能比较小
, 真正疯狂的作法就是多订同一批的阻值与精度的贴片电阻透过后测的方式手动换掉那几
颗偏离标准差较多的电阻, 绝对可以得到更漂亮的量测数据, 可惜 Søren 没打算释出不
上件 R2R 电阻阵列的板子（在商言商, 只要付得出足够授权费用整块板子的技术也不难
取得, 只是划不划算的考量, 哪天民乐透就买来玩).
另外一个测试的重点也就是 Vref, 老实讲稍微看过 OEM 版的电路 (1121)以后实在不觉
得这部份有什么好鞭的, 大概 Søren 也被大家烦得受不了干脆在 OEM 版稳压输出直接
并个4组10颗贴片电容来堵众家 DIYer 的嘴, 假如上头那颗 sot-23 封装的元件如我猜想
是 TPS736XX 之类的稳压 LDO , 那我认为其实这一级的输出电容不一定要放那么大, 只
要上一级喂进来的稳压作的够好也就足够了
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测试用的仪器是 12bit /200 MS/s 的 digitalizer (用起来跟一般的数位示波器有87%
像). 虽然动态范围不是很够但是检查波形有没有混一些奇怪的东西进来已经很足够了
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嫌麻烦直接勾类比端稳压后的正负供电, 理论上应该要拔掉勾帽, 地线剪断焊上去才能量
到高频干扰较少的讯号, 按照标准流程甚至要搭个带通滤波电路去测. 不过以 worst
case 来说直接量就对了
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真的想改电容其实对 OEM版的 1121来说非常简单, 取下上图标示的几颗贴片电容再将电
容折脚焊上去就可以. 至于传统在 shift registor 端加电容的改法我觉得没什么必要,
又不是什么大电流的玩意, 贯孔带进来的噪声搞不好还比较难处理, 小颗的贴片电容处理
掉高频的 loop 应该足够.
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数位这边只要把握 3.3V 不要与类比端共用稳压 ic 就不会有大问题, 这里吃的电流不小
, 大概 200mA 左右, 如果有高频噪声或是电流导致的负载变化传到类比端很容易衰声,
OEM 版把一些不怎么样的整流稳压元件拔掉反倒嘉惠了喜欢爆改电源的 DIYer , 晶振换
成最高阶 0.3ps rms jitter 的 Silab 570 也是顺应众意(先不管听感, 最高阶的产品用
料就要放最贵的). 听说订的片数够多, 连板子上的 Design by Soren 之类的都能拿掉改
放自己的名字 XD
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1KHz ~2Vp-p null 测试. 紫色那条是示波器探棒通道底噪. 下面是简单的FFT频谱
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实际过电时量测 V=-3.8V 的 DC 波形, 其实跟 TPS7A4701/3301 空载或者挂固定负载差
不多
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打个 10KHz 下去也是纹风不动, 很多毛边搞不好都是示波器探棒地线鳄鱼夹那边耦合进
来的高频噪声. 以 Vref 来说噪声的 rms 值大概在 1mV 的量级吧, 也许版上直接
layout 超低噪声的 LDO regulator 还可以得到更漂亮的数据
最后想谈谈的其实还是 Soekris 的数位滤波, 这部份就稍微需要有点学理背景的人比较
容易体会我想说什么( 应该说如何正确地解释下面这张图)
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测试用的方波或正弦波都是用程式算好浮点数值再转成 16bit 44.1KHz/96KHz 用 dac 播
放出来, 刚打个方波下去测发现 ringing 好像很严重当下便有些疑惑, 毕竟也不是什么
高频信号实在很难相信怎么会有这种量测结果. 冷静下来, 从理想 brick well type
FIR 的低通滤波来考虑, 的确从 sinc 形式的 impulse 响应来看, 理想方波经过数位滤
波处理后的讯号就应该是这样 (有点像是 Gibbs phenomenon, FIR 的抽头取样数是离散
且有限的导致这样的结果). 以市面上大多商用 dac 芯片来说 FIR 都会用 linear
phase type FIR, 也就是 filter 的 impulse 响应是对称的, 以至于这样的系统打出来
的方波响应 pre-ringing 与 post-ringing 强度差不多 (有时候称它为 pre-echo 或
post-echo). 至于如上图看到 Soekris 量到 Post-ringing 比较弱是因为用的 filter
设置是 mixed-phase 所以大概有一些 IIR 的效果去打消 Post-ring , 最极端的状况下
就是 NOS (non-oversampling) 类型的 filter (意思跟没放 filter 差不多), 几乎不作
或极少量抽头取样来运算处理, 所以喂一个方波就吐一个方波出来.
那到底这种 ringing 会不会造成听感上巨大的差异? 答案是肯定的, 不过孰优孰劣就众
说纷纭了, 可以肯定的是有许多厂商主打 filter 设计来调音, 比如说 Ayre 白皮书中提
到的偏向 minimum phase 的听感设计
http://www.ayre.com/white_papers/Ayre_MP_White_Paper.pdf
Marantz SA11S1 里面的 filter 也是设计了几组性质差异较大的 filter 让使用者选择
符合自身听感的设定
http://www.shine7.com/audio/Marantz_SA11S1.htm
甚至 es9018 里的 slow/fast roll off 也是拿来调这种步阶响应。至于这种测试到底有
没有意义, 在我看到 Rob Watts 在 Head-Fi 的 chord DAVE 讨论串大概心里有点底:
用 non-bandwidth limitied 的 step function 来测试以有限带宽为前提的 sampling
theory 本身就有问题 (an impulse response is an illegal signal ), 实际上有限带
宽的音乐讯号输入这种 filter 设计的 dac 不会被这种 ripple 干扰到(Rob Watt 在
hugo&Dave 的信号预处理放了 impluse detector 来侦测有没有不合理的 pulse 发生,
有就选择性跳过内建 filter, 虽然我觉得这根本是防止别人破解 WTA filter 的防盗手
段 XD). 也许我会改用 ramp function 来评估 FIR 效能说不定(把这个测试信号的
rise time 限制在特定的带宽以下, 比如说频宽的倒数乘上 0.34倍之类的).
就研究数位滤波对于听感影响层面, 我想很难有比 Soekris 更方便的实作平台, 起码
这是公认有一定初烧水准的 DAC 模组. 好在当初身边一批好友最后都跑去电波或通讯
领域, 闲暇时间找来一起慢慢研究应该不成 (类比靠电子, 数位就真的要靠数学了)
2016/9/18, Clin [email protected]/*