DSD/A數(shù)模變換器DSD-1700
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摘要：DSD-1700是索尼公司一與Burr-Brown公司合作工發(fā)的可在超級音頻CD（SACD）播放電中將數(shù)據(jù)流（DSD）變換成模擬音頻信號的新型D/A變換器。本文介紹DSD-1700的工作原理、功能特點(diǎn)及基本應(yīng)用。
1 引言
新世紀(jì)的數(shù)字音頻設(shè)備已經(jīng)走向市場，其中索尼公司推出的SACD則采用了新型的DSD（Direct Stream Digital）編碼方式。這川簡單的編碼方式可實(shí)現(xiàn)高精度的D/A變換編碼。DSD-1700是第一款能完成直接數(shù)據(jù)流變換的IC芯片，它操作簡單，同時(shí)還能用作模擬FIR濾波器。
DSD方式是將信源的模似信號以64fs的頻率進(jìn)行△∑調(diào)制信號經(jīng)過低通濾波器濾波處理就能直接得到模擬信號。
但在實(shí)際進(jìn)行DSD/A變換時(shí)，SACD對低通濾波器的功能和特性有一定的要求。一般CD機(jī)中的運(yùn)放所構(gòu)成的有源濾波器不能滿足這種要求。1bit數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在時(shí)間軸上有大量的信息，要從中還原出模擬信號，必需采用符合△∑調(diào)制頻率特性的低通濾波器。具體講就是需要用模擬FIR濾波器來實(shí)現(xiàn)，DSD-1700的基本動(dòng)作就是模擬FIR濾波器。
2 DSD-1700工作原理
DSD-1700的工件原理圖如圖1所示。它由DSD信號接口部分、工作脈沖發(fā)生器、移位寄存和模擬FIR濾波器構(gòu)成。為了把時(shí)間軸產(chǎn)生的誤差及電源電壓和噪聲影響降到最小，DSD-1700的整體結(jié)構(gòu)采用雙差分電路形式。
2.1 DSD輸入/定時(shí)發(fā)生器
圖2為DSD-1700輸入信號的定時(shí)關(guān)系。SCK（256fo）為內(nèi)部工作定時(shí)的系統(tǒng)時(shí)鐘。DCK（64fs）是讀取64fs頻率的DSD數(shù)據(jù)時(shí)鐘。1bit64fs的DSD數(shù)據(jù)從DATA輸入。定時(shí)發(fā)生器把256fs和64fs等時(shí)鐘的內(nèi)部工作時(shí)間關(guān)系處理好后，再經(jīng)后段發(fā)生定時(shí)信號。
2.2 工作脈沖發(fā)生器/移位寄存器
64fs的DSD信號經(jīng)工作脈沖發(fā)生器送到移位寄存器中。工作脈沖發(fā)生器用于生成DSD信號的時(shí)鐘，這種時(shí)鐘能使時(shí)鐘的定時(shí)變換誤差和噪聲的影響降到最小。移位寄存器把DSD信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟MFIR濾波所需要的8bit輸入數(shù)據(jù)塊。
2.3 模擬FIR濾波器
模擬FIR濾波器的基本電路如圖3所示。輸入的DSD信號經(jīng)延時(shí)后疊加在一起，變換成模擬信號。圖4是DSD-1700實(shí)際采用的8bit模擬FIR濾波器的等效電路。它由8個(gè)緩沖放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值決定濾系數(shù)。
在DSD-1700中，這川8個(gè)電平的模擬FIR濾波器有熱端（HOT）正、負(fù)和冷端（COLD）正、負(fù)共四個(gè)輸出端子，以雙差分電路方式運(yùn)行。最后，由外部雙差分單端變換電路轉(zhuǎn)換成一路模擬輸出。
3 DSD-1700的規(guī)格
DSD-1700采用28腳SSOP封裝，表1為各引腳的功能說明，其主要電氣特性如表2所列。由于DSD方式的重插頻率帶寬高達(dá)110kHz，故THD+N和動(dòng)態(tài)范圍等主要音頻特性的測試標(biāo)準(zhǔn)尚未明確。因而DSD-1700的電氣參數(shù)是以CD測試的條件來確定的。
表1 DSD-1700的管腳說明
| 腳號 | 名 稱 | I/O | 說 明 | 腳號 | 名 稱 | I/O | 說 明 |
| 1 | DGND | - | 數(shù)字地 | 15 | IOUT CN | OUT | DAC模擬輸出（冷端負(fù)） |
| 2 | VDD | - | 數(shù)字電源+5V | 16 | IOUTHP | OUT | DAC模擬輸出（熱端正） |
| 3 | RST | IN | 預(yù)置控制輸入，低電平有效 | 17 | AGND | - | 模擬地 |
| 4 | PHASE | IN | 數(shù)據(jù)相位選擇，L通過，H反相 | 18 | AGND | - | 模擬地 |
| 5 | AGND | - | 模擬地 | 19 | VCC | - | 模擬電源，+5V |
| 6 | VCC | - | 數(shù)據(jù)相位選擇，L通過，H反相 | 20 | AGND | - | 模擬地 |
| 7 | AGND | - | 模擬地 | 21 | VCC | - | 模擬電源，+5V |
| 8 | VCC | - | 模擬電源，+5V | 22 | VCC | - | 模擬電源，+5V |
| 9 | VCC | - | 模擬地 | 23 | AGND | - | 模擬地 |
| 10 | AGND | - | 模擬電源，+5V | 24 | VCC | - | 模擬電源，+5V |
| 11 | VCC | - | 模擬電源，+5V | 25 | AGND | - | 模擬地 |
| 12 | ANGD | - | 模擬地 | 26 | DATA | IN | DSD數(shù)字輸入 |
| 13 | IOUT HN | OUT | DAC模擬輸出（熱端負(fù)） | 27 | DCK | IN | 數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入 |
| 14 | IOUT CP | OUT | DAC模擬輸出（冷端正） | 28 | SCK | IN | 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入 |
表2 DSD-1700的電氣參數(shù)
| 參 數(shù) | 條 件 | DSD1700E | 單 位 | |||
| 最小值 | 典型值 | 最大值 | ||||
| 輸入 時(shí)鐘 | 取樣頻率 | fs | 44.1 | kHz | ||
| 數(shù)據(jù)頻率 | 64fs | 2.8224 | MHz | |||
| 系統(tǒng)頻率 | 256fs | 11.2896 | MHz | |||
| 數(shù)字 輸入 | 高電平輸入電壓VIH | 0.7VDD | V | |||
| 低電平輸入電壓VIL | 0.3VDD | V | ||||
| 高電平輸入電流IIH | ±10 | μA | ||||
| 低電平輸入電流IIL（1） IIL（2） | ±10 | μA | ||||
| -120 | μA | |||||
| 模擬 輸出 | 滿幅電流 | VCC=VDD=5.0V | 2.5 | mA | ||
| 增益誤差 | VCC=VDD=5.0V | 1.0 | TBD | %FSR | ||
| 失調(diào)誤差 | VCC=VDD=5.0V | 1.0 | TBD | %FSR | ||
| 輸出阻抗 | VCC=VDD=5.0V | 2 | kΩ | |||
| 動(dòng)態(tài) 特性 | THD+N | VOUT=0dB | 0.0015 | TBD | % | |
| 動(dòng)態(tài)范圍 | VOUT=0dB | 110 | dB | |||
| 信噪比 | VOUT=0dB | 110 | dB | |||
| 頻率響應(yīng) | -3dB | 100 | kHz | |||
| 電源 要求 | 電壓范圍 | VCC,VDD | 4.5 | 5 | 5.5 | VDC |
| 電流ICC+IDD | VCC=VDD=5.0V | 5.8 | TBD | mA | ||
| 溫度 范圍 | 工作溫度 | VCC=VDD=5.0V | -25 | +85 | ℃ | |
| 存放溫度 | VCC=VDD=5.0V | -55 | +125 | ℃ | ||
| 熱阻QJA | 28腳SSOP | 100 | ℃/W | |||
| 輸入脈沖占空比要求 | 50 | % | ||||
4 DSD-1700的應(yīng)用電路
圖5是DSD-1700的基本連接電路，該電路連接非常簡單，除輸入元件之外，再就是用于電流濾波的9只電容。由于內(nèi)部模擬FIR濾波器的自鎖電路需用獨(dú)立的電源和地線，故DSD-1700有多對電源輸入，C1～C9就是起電源去耦作用的電容，可分別選用0.1μF的陶瓷電容與100μF的優(yōu)質(zhì)電解電容進(jìn)行并聯(lián)。另外，印制板上的電源走線也需要加以考慮。
圖6是將接收到的DSD-1700輸出雙差信號轉(zhuǎn)換成單端模擬輸出的實(shí)際變換電路。該電路用三只運(yùn)放構(gòu)成。IC1和IC2構(gòu)成差動(dòng)電流/電壓變換電路，IC3和0dB差動(dòng)放大。由于經(jīng)DSD處理的信號帶寬較大，因此要十分注意運(yùn)放的增益帶寬積和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。
若用DSD-1700制作SACD播放機(jī)，后段還需加模擬LPF，以控制帶寬和過渡帶的下降速率。另外，一片DSD-1700只能處理單一聲道信號，因此，一般立體聲播放機(jī)需用2片。
DSD-1700目前已用于索尼公司的各種級別DSD信號所對應(yīng)的立體聲設(shè)備中，并受到一致好評。
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