第四部分  D/A转换器

D/A转换器是CD系统中最重要的器件，处理好的数字信号在这里被转换为模拟信号，因此D/A转换器的性能决定了整个系统的性能。D/A转换器从结构上有1比特和多比特之分，多比特中的R-2R电阻网络结构是D/A转换器最老的和仍然是目前最干净的转换方式。1比特中的ΔΣ是最新发展起来的技术，比较比特流和MASH，ΔΣ有许多优点。它把幅度上的分辨率转换到时间上，可以获得好的线性。它的缺点是噪声太大。

一、多比特技术

对于每一位都有一个电流源，这些电流源根据输入数据每位的情况打开或关闭，在每一个取样周期，所有位同时进行转换，所以这种转换方式为多比特。R-2R电阻网络的阻值只须两种，可以在制造过程中用激光精密校准。从最低位开始，每个电流源的权重为前一位的两倍，所有打开的电流源输出的电流在输出端加起来形成输出信号。由于电流源的权重不同，高位对输出的影响比低位大许多。在理想的情况下，任何一位输出的电流值，应该是低于它的所有位电流之和加上一个最低有效位。满足这个条件，才能保证理想转换线性，在实际情况下受温度的影响，保证不了各位之间的比例关系，所以转换特性也就做不到完全线性。

另外，输入数据切换时，各电流源不能做到同时切换，这样会产生一些错误的中间状态，即转换毛刺。上述问题主要出现在早期和低价位的D/A转换器上。随着Colinear等新技术的出现，高性能的多比特D/A转换器如PCM63已克服这些缺点，成为高档系统的首选。

二、1比特技术

1比特技术的工作方式是把并行数据转换成脉冲串，按照脉冲串的密度表示电平的高低，由于它只有少数几个电平值，各电平之间的量值相差不大，所以可以保证比较好的线性。线性好是1比特最突出的优点，温度发生变化，不影响到线性，只影响增益。

1比特方式有它的优点，但是受技术水平的限制，现在还不能制造出严格意义上16比特精度的转换器，这主要是受运算速率的影响。16比特数据，它能表示的量化阶梯为2¹⁶-1=65535个，如果要用脉冲串的密度表示出这65535个阶梯，则每个取样周期需要655353个脉冲，对于44.1kHz的取样频率，这相当于位时频率达到2.89GHz，工作于这种时钟频率下的转换器芯片现在还做不出来。

没有办法实现直接脉冲密度转换，这就需要另外寻找一种工作方式，能够在较低的时钟频率下作转换，并且还能使转换精度达到相当于16比特以上。这种技术就是噪音整形技术。它是运用数字反馈技术，把直接转换不了的数据尾数反馈回去，与下一次数据相减，形成数字负反馈，使输出信号在正确值附近随机分布，其平均曲线应当接近正确波形。

噪音整形的一个副作用是量化噪音被驱赶了高频部分，听觉范围的噪音减小了，但高频部分的噪音却增加了，全部噪音量不变。噪音整形的阶数越多，高频噪音越多。高频部分的噪音如果滤得不干净，由于相互调制的关系，也会在音频域内表现出来。所以说1比特D/A转换器Noisy（嘈杂）也就是这个原因，噪音整形引起量化噪音变化。

PCM1710的量化电路，量化电路的作用是把多比特的数字信号进行再量化，形成1比特数字信号。PCM1710芯片的量化电路有一个缺点，就是它有一个多级ΔΣ量化器，一般的1比特D/A转换器，只产生2个电平的脉冲，而PCM1710则产生5个电平脉冲，在同等转换时钟频率下，这种多级ΔΣ方式能提供更高的精度。

这也是PCM1710能达到的1比特转换技术新里程碑的原因之一。

三、PCM1710与PCM63的性能比较

1比特D/A转换器和多比特D/A转换器各有优点，各有应用范围。在高级系统中，高精度的多比特D/A转换器如PCM63无疑是王者。任何其它1比特和多比特D/A转换器都难望其项背。在中低档系统中，如消费类电子产品中，由于1比特D/A转换器结构简明，容易用标准CMOS工艺制造，因此在相同的较低价格下，1比特D/A转换器性能容易比多比特D/A转换器做得好，在这类市场上，1比特D/A转换器占有价格上和性能上的优势。下面以PCM63和PCM1710为例，直接比较这两种20比特的D/A转换器。

1、THD+N的比较

THD+N是总谐波加噪音的缩写，我们比较一下在0dB和-60dB条件下的性能差别。

在两个条件下，PCM63比PCM1710好。在0 dB的条件下，PCM63比PCM1710好8 dB，在-60dB的情况下，PCM63比PCM1710好12 dB。在大信号时只相差8 dB，在小信号时差距拉到大12 dB，反映出PCM63在低电平信号方面的优秀性能。

PCM63和PCM1710的幅频特性， PCM63再一次体现它的完美特性。PCM1710在20kHz端有0.2 dB的下降，这是由PCM1710内部的模拟滤波电路引起。虽说这0.2 dB于听感上无伤大雅，但毕竟在指标上逊色一筹。

PCM1710的频谱典型展示了1比特D/A转换器的频谱特征，音频域的噪音被驱赶至高频端。高频端噪音由于电平增大，不易衰减干净，容易在模拟输出信号上叠加残留噪音，相比较，PCM63频谱的本底噪音分布较平均，电平也低，反映出多比特D/A转换的纯净本质。

表8总结了PCM63和PCM1710的性能比较情况。

四、常见D/A转换器芯片

1、PCM63

（1）功能：PCM63是一个精密20比特D/A转换器，它具有超低失真特性，PCM63运用了一种叫Colinear的技术，可以有效地消除影响音质的过零失真，并且有优异的低电平线性。PCM63的本底噪声非常低，适用于高级的消费类和专业的数字音频应用。

（2）特点：1）Colinear20比特音频数模转换器；2）近乎理想的低电平特性；3）无过零失真；4）超低的THD+N；5）120dB的SNR；6）工业级的串行输入格式；7）快速的电流输出（200ns）；8）支持16倍超取样。

（3）其引脚描述见表9。

2、PCM1710

（1）功能：PCM1710是一个完整的立体声音频数模转换器，内部包含有一个8倍的数字超取样滤波器、ΔΣ数模转换器、模拟电压输出级。PCM1710可以接收20Bit或16Bit的常规格式数据和16Bit的I²S数据。数字滤波器能使数据作8倍超取样，并且具有软静音、数字音量衰减、数字去加重和倍速功能。PCM1710的数字滤波器通带内纹波系数小于0.008dB，通带外衰减大于62dB。PCM1710的优异性能适用于消费类电子产品。

（2）特点：

1）完整的立体声数模转换器；8倍超取样数字滤波器；多级ΔΣDAC；模拟低通滤波器；输出放大器。

2）高性能；-92dB THD+N；98dB的动态范围；110dB的信噪比。

3）能够接收16或20比特输入数据。

4）系统时钟：256fs或384fs。

5）单5V电源供电。

6）内置数字滤波器；软静噪和衰减器；数字去加重；倍速功能。

7）小型28脚SOIC封装。

（3）PCM1710的引脚描述见表10。
　

表8

表9  PCM63的引脚排列

表10