2007年6月17日 星期日

Introduction to Non-oversampling DAC

Non-oversampling DAC是CD時代早期就有的技術,其實並沒有什麼神奇之處。到1980年代末期,開始有了oversampling技術之後,就再也沒有廠家回頭使用non-oversampling設計了。一直到1996年日本音響DIYer Ryohei Kusunoki(楠 亮平)在MJ雜誌上發表non-oversampling的TDA1543 DAC線路之後,才又引起大眾的觀注,後來有47 LabsAudio Note UKZanden等Hi-end廠牌推出non-oversampling DAC,使NOS漸漸成為新的風潮,在DIY界成為主流的趨勢。

Kusunoki所設計的NOS DAC,與80年代的NOS設計不同在於,早期DAC使用複雜多階的低通濾波線路濾除20KHz以上的數位高頻,而Kusunoki認為擴大機、喇叭、人耳本身就有自然的「濾波」效果,所以NOS DAC其實只須要簡單的濾波,甚至可以完全不濾波,而得到更直接、更自然的聲音。

除此之外,他認為許多DAC chip都可以拿來做成NOS DAC,並不一定要用TDA1543。而他之所以選擇TDA1543,其實是基於巧合而已。不過TDA1543本身有一個相當獨特的條件,就是有相當大的輸出,應該是所有DAC chip中,輸出最大的。所以只要使用簡單的passive I/V就可以得到足夠的輸出電壓擺幅,同時也不會影響動態,因此可以省下I/V和放大輸出級,讓電路更簡潔,保持聲音的直接與自然。

關於Non-oversampling DAC的經典文章:
Non-oversampling Digital filter-less DAC Concept
Ryohei Kusunoki訪談

如果能找到過期MJ,那麼Kusunoki在上面發表的三篇文章不容錯過。裡面附有完整的電路圖、layout設計、詳細的解說。這三篇文章刊登在 MJ 上的期數分別是 Nov 1996、Mar 1997、Dec 1997。

除此之外,Audio Note將他們DAC Kit的線路圖部份公開在網站上,也是很好的參考資訊。拿著線路圖,配合照片來看,可以推敲他們配料調音的哲學。

不可不提的,還有diyAudioAudio Asylum這兩個討論區。裡面的digital板都有大量的NOS DAC資訊,其中有不少精深的討論,參考價值極高。在diyAudio上搜尋Peter Daniel、Elso Kwak、Jean-Paul、Kuei Yang Wang等高手的文章,可以找到幾個關鍵的NOS DAC討論串。

28 則留言:

sam8888ysl 提到...

方便請教個問題嗎?
我查tda1543的輸出aol aor好像是25mv
這樣不是要再放大(感覺上好像是就算加了電阻把電為拉高但信號不見得會跟著變這麼大
.)
因為這個才剛接觸所以不大懂
我是想改手頭上的一台dac
從tda1543拉出類比信號
1. 經變壓器輸出
2. 由變壓器再經管子輸出(SRPP or tube buffer)
3. 原先的op(el2044cn)輸出
4. passive R/C 輸出
想經由切換也可以比較這樣的聲音有什麼不同.哪個自己比較喜歡

diyaudio 我看了很久
以前都在tube上找東西或問問題
大致上的想法是這樣
不知道能否給個建議

WF 提到...

TDA1543 是電流輸出 DAC chip,所以要看的是晶片的輸出電流,而不是輸出電壓。

TDA1543 的輸出電流 Ifs 標準值是 2.3mA,允許的電壓擺幅在 1.8V 到 VDD - 1.2V 之間。所以如果你用 8V 供電,輸出電壓的擺幅就在 1.8V 到 6.8V,中點在 4.3V。配合 3K 的 I/V 電阻,會得到大約 2Vrms 的輸出電平,已經相當足夠。即使你用 5V 供電,配合 1K5 的 I/V 電阻,也可以得到足夠的輸出電平了。

經變壓器輸出,理應上不錯,不過好的 I/V 變壓器難找,價格又貴。如果找不到好的變壓器,寧可不走變壓器 I/V 一途。

用 OP-Amps 作 I/V 是很基本的做法,datasheet 要裡也這麼建議,不過有點浪費 TDA1543 寶貴的特性。Elso Kwak 曾在 diyAudio 上發表他針對 TDA1543 設計的 OP-Amps based 輸出級,很想嘗試 OP-Amps 輸出的話,可以參考一下他的設計。

我也試過先用小電阻作 passive I/V,再用 6922 SRPP 放大,聲音還不錯,不過還是不及單純的 passive I/V 自然耐聽。

TDA1543 好就好在輸出電流極大,是唯一可以 passive I/V 的 DAC 晶片。


除了 I/V 之外,TDA1543 對供電非常敏感。供應電壓不同,5V、6V、8V,隨之就有不同的音色。穩壓架構不同,聲音也有天壤之別。我試過 78系列、LM317等三端子穩壓,也試過 UCC 的 OP-Amps 串連式穩壓,也試過 TL431 為基礎的併聯式穩壓,最後停在改良自 Elso Kwak 的 non-feedback 三級達靈頓穩壓。

配合 non-feedback 穩壓,TDA1543 發出非常寬鬆舒暢的聲音,聲音的邊界彷彿消失了。非常推薦。

sam8888ysl 提到...

TDA1543 的輸出電流 Ifs 標準值是 2.3mA,允許的電壓擺幅在 1.8V 到 VDD - 1.2V 之間。所以如果你用 8V 供電,輸出電壓的擺幅就在 1.8V 到 6.8V,中點在 4.3V. 到這邊沒問題
配合 3K 的 I/V 電阻,會得到大約 2Vrms 的輸出電平,已經相當足夠。即使你用 5V 供電,配合 1K5 的 I/V 電阻,也可以得到足夠的輸出電平了。
這個輸出電平怎麼算的就不懂了?
Ohm's Law:
V= I * RIV

所謂passive I/V 這裡是指先R load 電位升高訊號再經由C 輸出嗎?

像這個
http://www.fortunecity.com/rivendell/xentar/1179/projects/adagio/Adagio.html
變壓器後頭還有再經RC衰減一些頻段是為什麼?

我是想加這個
http://www.diyaudio.com/forums/attachment.php?s=&postid=1145568&stamp=1172568888
裡頭R7跟R8換成2.2K
如果我用8顆TDA1543 那R就換成2.2/8K
輸出電容此時就要變大(大電容通常品質較差好的又特別貴)那為什麼要並聯?

還有如果我要用TUBE SRPP的話
那是否意味著這顆電阻要小很多
才不會讓輸出訊號大到離譜

問題很多
希望你不要介意

會想用變壓器是因為之前
自己做的PP管機原本是用管子作PHASE SPLINTER
後來試著直接從訊號進來時就用變壓器分壓倒象直接到推動管推功率管(MORGAN JONES 書上寫著.用變壓器幾乎沒有缺點.唯一的缺點是很難找到好的變壓器.LUNDAHL 的好像還不錯.至少我再DUYAUDIO問人家是這麼推薦的)
2者前後的差別讓我對著個聲音很感興趣.
電容則是又愛又恨的.
管子因為買太多了(前後買超過上千根了)
不做個管子輸出對不起自己

sam8888ysl 提到...

不好意思今天又努力看了一下
大概問題都了解了
謝謝您寶貴的意見

WF 提到...

電流最高 2.3mA,搭配 3K ohm 電阻,電壓擺幅就是 2.3mA * 3K ohm = 6.9V(配合 8V 供電,剛好有 6.8V 的輸出範圍),輸出電平是 6.8V / 2 / 1.414 = 2.4Vrms。

passive I/V 就是不用主動元件(的晶體、真空管、晶片等)作 I/V,也就是用電阻或變壓器作 I/V。以電阻來說,V = IR,所以給定定值的電阻(R),輸出電壓(V)就會隨著電流(I)而改變。在此交連電容與 I/V 完全無關,而是為了隔絕直流輸出(以上例來說,輸出的中點在 4.3V,即有 4.3V 的直流輸出)。I/V 也與"升高電位"無關,I/V 的意思就只是:把電流的變化,轉成電壓的變化而已。
因為有些 DAC chip 是以電流的變化,來作類比音樂訊號的輸出,然而,前級、後級通常以電壓的變化處理音樂訊號,所以這些 DAC 必須把電流的訊號,轉成電壓的訊號輸出,所以須要 I/V 轉換。

你提到輸出端有 RC 衰減, 連結有問題,我看不到圖。我想應該是低通濾波,在 DAC 的輸出很常見,把高頻雜訊濾掉。但低通濾波也會影響聲音,而擴大機、喇叭、人耳其實都會濾掉 20K 以上的高頻訊號,所以可以去掉低通濾波,讓聲音更通透自然。


你電路圖裡的 R7 R8 不宜亂換,因為那和變壓器的初級阻抗有關。應該是要讓 R7 與初級阻抗併聯後,得到 2K2 的阻抗才對。

八顆併聯的話,電阻的確要除以 8 沒錯。併聯的好處,就是提高了輸出電流,降低輸出阻抗,又可以平均掉每一顆 DAC chip 的誤差。值得一試,不過要有好的併聯 layout。西方的 DIYer 有人把 DAC chip 堆疊起來,似乎比台灣人把 chip 一字排開,隔得遠遠的要好。

如果你要用 SRPP 放大,那 I/V 電阻的值當然要縮小,使得最後得到的輸出電平在標準的 2Vrms 上下。


LUNDAHL 變壓器不錯,不知道你去哪買的呢?台灣可有代理或銷售點?

sam8888ysl 提到...

http://www.kandkaudio.com/orderinginfo.html

另外再請教一下你說的電源non-feedback 三級達靈頓穩壓。

sam8888ysl 提到...

我用波段開關做切換
1. 原op輸出
2. passive I/V

聲音比op厚
但相對也比較不清
特別是大動態時
會有快沒電的感覺

給一下我的一些數據
VDD +6V
Rref 2.2K/8= 270R
6-1.2= 4.8V
4.8V/2.2ma= 2.18K
2.18K/8= 272R 這裡我取255r 因為vdd實測 5.9v

輸出的部分
交聯電容用 0.33uf --10uf 都試過
聲音都一樣(SPRAGUE 的 film cap)
下地電阻47k

電阻用ab併dale的

不知道是哪邊有弄錯

sam8888ysl 提到...

我重新算過也找到問題了電阻都換AB的.目前聽起來不錯.比原先OP輸出可以說是全面勝出.OP輸出的中頻較薄弱.低頻也沒有PASSIVE I/V 來的出色 高頻解析力也有差 整體而言 較耐聽. OP 輸出只贏在一點 輸出較大. 我的TDA1543 Vdd=5.9V經PASSIVE IV Vpp= 2.9V 下次我會多一段 變壓器輸出看看.
有心得的話再跟前輩分享

WF 提到...

不好意思,最近太忙,難得有空抽出時間回覆。

既然你用 Passive I/V,那麼那根 I/V 電阻對聲音影響非常非常大。
以前專注於 TDA1543 時,我試過非常非常多種電阻,覺得這根電阻的影響,似乎比交連電容的影響更重要,幾乎決定了整體的音色。

你現在用的 Allen Bradley 碳精電阻,用在這裡,聲音還不錯。好處是溫暖、有音樂性,缺點則是比較糊、高頻少了點鮮活。整體來說,耐聽,但少了一點激情。但整體來說,還是不錯,和強健有力的 TDA1543 還滿配的。

我試過的電阻,印象中還有:

1. Riken(理研),這也是我最後裝在機器上的。Riken 的碳素電阻,透通、響應平直,沒有 AB 那種特殊的音樂性,但非常平衡全面,高頻有點華麗,很不錯。

2. Philips MPR24,這是誤差 0.1% 25ppm的高規格電阻,聲音清瘦,比較冷,高頻不如 Riken 漂亮,但整體來說,平衡、開闊、通透,細節刻劃能力很好。

3. Philips MPR25,這是便宜的 Philips 電阻,誤差 1% 50ppm。音色和同廠 MPR24 相近,但明顯的比較糊一點,比較慢一點,但也不像 MRP24 那麼冷那麼清瘦。雖然整體來說遜於 MPR24,但差距不大,而且很便宜,是這所有測試的電阻裡最便宜,試作時可以先用用看。

4. Holco(銅質 cap,非鐵質 cap 會導磁的新版),音色豐厚濃郁,中高頻甜美,中低頻豐滿,每個頻段的音色都不太一樣,響應似乎不夠平直,聲音柔軟,溫合耐聽。

5. Dale RN60,這是我試過的電阻裡最糟的。悶,糊、高頻暗很多。耐聽,但個性接近的 AB ,比 Dale RN60 更耐聽,又更有音樂性,也沒那麼暗。所以在我試過的電阻裡,Dale RN60 完全沒有特長之處,喜歡他的特色的話,直接用 AB 或 Holco 更好。

6. Dale CPF,同樣是 Dale,CPF 比 RN60 好太多了!走向雖與 RN60 類似,但 CPF 更溫和,更有水份,音色也比較明亮,不悶。壓倒性勝過 RN60,很有特色的聲音。

7. IRC RN60D,同樣是軍規 RN60 規格,聲音比 Dale RN60 好。樸素、溫暖,有韻味,很特別的聲音。

8. Caddock MK132,解析力很好,resolution 整個提高,響應平直,帶有一種特殊的甜味。很不錯的電阻。

9. Audio Note Tantalum,聲音走向類 Riken,但高頻比較樸素一點,沒有那麼華麗。但整體的析解力,非常好,聲音很中性,沒有音染,非常耐聽。很棒的電阻。

10. Vishay VTA55,個性非常鮮明,有點類似 Philips MPR24 的走向,但更透明、更開闊、更清冷,聲音彷彿沒有界線,resolution 非常高。但太清冷的聲音,不好搭配。

總而言之,在 TDA1543 的 passive I/V 上,可以聽到各種電阻的個性和聲音,非常明顯,非常有趣。最後我用 Riken 並不是因為他最好聽,而是因為 Audio Note、Caddock、Vishay 這些太貴了,又不好買,還要拿來用在各種地方試機,所以捨不得剪腳用在成品上。Riken 也夠好了,夠全面。

這些心得供你參考,每個人的系統不同、環境不同、音樂品味不同,適合的電阻也不同。但這些特質的比較,或許還是可以幫助你找到合適自己調音需要的電阻。也歡迎你多分享心得。

WF 提到...

想提高輸出,可以考慮用 8V 以上的供電,配合較高阻值的 I/V 電阻。

不知道你現在用什麼電源線路呢?電源對 TDA1543 的影響,並不下於 I/V 電阻喔!


我所用的 non-feedback 線路,是 Elso Kwak 提供的:
http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?postid=181882#post181882

如果你用 5V 的話,直接用他的線路就可以了。
但因為我想用 8V 來供電,所以修改了他的線路,用一個 10V 的電壓 reference IC 代替 6.8V 的 LM329,得到 8.5V 左右的輸出。如果你想做 8.5V 的輸出,我再把我設計的電路寄給你。

sam8888ysl 提到...

目前是有2台.現成拿來改而已
一台是用7806
一台是1084
線路都蠻簡單的
我買的
TDA1543 最近才剛收到
預計先用一顆作實驗機
會把電源分開
各個零件會用端子台連接
可由電阻或變壓器作PASSIVE I/V
電阻變壓器電容都可換
後續都可再接12AU7或12AV7等作SRPP 或 BUFFER.
直接由CDP 取要的BCLK WD SD VSS 到1543的左側
一來線路較短.不用經過一大堆轉了又轉
2來可少用不少IC 零件等尤其有些IC 腳實在有點難焊
等找到我要的才會做一台較完整的

Alenh 提到...

有趣的議題, 下面的網頁, 以小弟國中程度的英文一知半解之下, 好像有針對Vref(Pin7)設置偏流的阻值跟I/V電阻的阻值之間的關係, 依照供電5V/6V/7V/8V/8.5V做了分析, result是8.5V供電時用1.33K Rref; 2K的 Rout (I/V電阻?)
http://myweb.tiscali.co.uk/g8hqp/audio/TDA1543IV.html

WF 提到...

Alenh 兄,

這個網站真不錯,感謝您的介紹。小弟多年前玩 TDA1543 時,是用 diyaudio 上推薦的設定,那時尚無如此深入的分析。小弟薦議您可以用 8.5V 的供電,然後在這網站推薦的範圍裡選小一點的阻值。

供電越高而阻值越小,有助於動態。反正現在後端的 gain 都很大,而 passive I/V 卻比較容易在大動態時場面混亂,所以犧牲一點 gain 換更好的動態應該是值得的。

小弟下次會試試看這網頁建議的電阻設定(應該會試 8.5V 下阻值最小的配方 Rref=920, Rout=750)。再次感謝您提供這個資訊。

Alenh 提到...

小弟多年來一直是無腦裝配工, 多年前燒毀DIYXone 4395 之後就對 DAC一直有心理障礙;直到最近因為找Gainclone 才發現這個寶山; 多虧WF大的好文,這幾天也開始要規劃自己的TDA1543,,於是用破爛的英文+google翻譯作了一些功課.才會在無意間發現的網站資訊.

目前在備料中, 日後焊機器演出煙火秀需要急救的時候還請WF大不吝指點

WF 提到...

Alenh 兄,

您過謙了,我想您必然是身經百戰的 DIY 高手。

NOS TDA1543 的電路非常簡單,您應該很快就能順利完成了吧!

期待您再來分享經驗。

mlnaml 提到...

Elso Kwak的non-feedback 線路,請問你是修改了什麼?
分辨的話可以跟你要線路嗎?謝謝

WF 提到...

mlnaml 您好,

主要的構想就是用 AD587 這顆 10V 的電壓參考 IC,代替 Elso Kwak 用的 LM329 (6.9V 電壓參考)。

做法很簡單,把 Elso 的 R7, D1, C3, C4 移除,改為一顆 AD587 代替。AD587 的接法如下:

Pin 2: Vin,接電源(C10 的正極)。
Pin 4: GND,接地。
Pin 6: Vout,併一顆小電容下地(小弟用 4.7uF),過 ferrite bead 接 Q1。
Pin 5: Trim,在此不須要很精密的電壓,所以空接。
Pin 8: NR,併一顆小電容下地(小弟用 4.7uF)。

這樣接起來聲音還不錯,配 TDA1543,小弟目前還是最喜歡這個穩壓。供您參考。

JW 提到...

剛完成 Elso Kwak 的 non-feedback 線路, 但那兩顆達靈頓穩壓 Q2 Q3 (BD237) 下的 680 ohm 電阻很燙!~ 請問是正常嗎? 還是要用大瓦數的電阻?

mikeliu 提到...

psu沒負載不應該這麼燙,很有可能是搭棚接錯線,可以多加check一下。

WF 提到...

JW 兄,不知道您的穩壓,輸入電壓是多少?

跨在 680 電阻上的電壓,應該只要幾 V 而已,算下來功率大約是 0.1W,不應該很熱才是。

小弟用的是 0.4W 的金屬膜電阻,沒有特別發熱的情況。

如 milkeliu 兄所言,先查查看有沒有短路或冷焊。

JW 提到...

致 milkeliu + WF
查了很久才發現把 BD237 的 B 跟 D 接反了...
現在一切正常, LED 也變得更亮
謝謝兩位

請問對數位接收穩壓有何建議? 用 non-feedback 還是 TL431? 還是有更好的? 因為想造個獨立供電給它...

WF 提到...

JW 兄,或許可以試試,TL431 加上電晶體的併聯穩壓。

又您的 Kwak 穩壓是用在哪?聲音如何?

JW 提到...

這星期有點忙, 所以現在才回, 請見諒!
最近標了一台 Magnavox (Philips) CD 2000 NOS CD 機 SAA7210 + TDA1543, 原裝聲音溫暖, 有韻味, 十分耐聽, 但還是想來個小改, 希望對音質有正面提升.
先把 TDA1543 的原有電源切斷, 換上獨立供電的 Elso Kwak 的 non-feedback, 聲音變得更流暢和有活力, 像魚在水里暢泳. 背景細節更有層次感, 但小了以往的含蓄和韻味. 還有, 最後一級的 Q3 BD237會很燙, 這是否正常? 可否換成 BD911 (參考 Pedja)或 2N3055等? 同時也在兩顆電容 C1 及 C10 上花了點時間, 暫時没有定案, 頭上結果多了兩根白髮...

更正之前的留言. BD237 是没有 D 的, 只有 E C B, 所以是把BD237 的 B 跟 C 接反了.

WF 提到...

JW 兄,您的描述「聲音變得更流暢和有活力, 像魚在水里暢泳. 背景細節更有層次感」和小弟的印象很接近。不過,小弟記得那幾顆晶體只是微溫,不到很盪的程度。您的輸入和輸出電壓各是多少?

JW 提到...

致WF
我的輸入和輸出電壓分別是 18V 跟 5.20V, 用的是獨立另一個電源變壓器. 後來直接借用CD機內的 psu 12V 後就不再盪了...
還有,發現把 L3, C9 拿走, C10 改成 470uf, C1 改成 47uf, R1 R2 各併上一個 47uf. 聲音變得更自然, 音場,動態亦增強了不少. 暫時最喜歡這設定.
剛訂了TL431和BD140等零件, 到時再來一個比較...

olop 提到...

WF兄,您好
因小弟想在BBB上直接I2S到TDA1543,所以想請教您修改的non-feedback線路。您提到"把 Elso 的 R7, D1, C3, C4 移除,改為一顆 AD587 代替。"可是我找不到"R7",請問是R4或是R3需要移除??謝謝

WF 提到...

olop 您好,

我是用 Elso Kwak 舊版的穩壓來改的(用TL431 為電壓參考),您看到的可能是新版(電壓參考改為 LM329)。

請參考這個舊版的電路圖(可能要先登入 diyaudio):

http://www.diyaudio.com/forums/attachment.php?s=&postid=92850&stamp=1039356810

olop 提到...

WF兄,您好
再請問一下,那舊版的電路圖C2, R5, R6是否需要保留?若是保留,那是只需剔除原TL431接到R6的連接嗎??謝謝!!

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