用PCM1738制作小巧的音频解码器

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2024年3月14日发(作者：)

用PCM1738制作小巧的音频解码器

玩音响的发烧友们估计都深有体会，一款优秀的解码 器，可以很大

程度地提高音响系统的还原水平。笔者 也喜欢音频解码器的制作，

并经常和网络论坛里的发烧友交 流心得。部分动手派的发烧友希望

能拥有一款线路简单、易 做，成本不高，又特别适合手工焊接的解

码器。因此，萌发 了设计一款小巧简单的高素质解码器的念头。结

合音响艺苑 周年系列解码器的设计理念和制作经验，决定采用BB

公司出 品的高性能数字接收芯片—DIR9001，以及同样是BB公司

的 解码芯片—PCM1738，作为该音频解码器的主要芯片。PCB 经

过反复的排版优化，最终尺寸只有10cm×7cm大小。除了 主要的3

个IC芯片是贴片元件，其他均采用直插元件，特别 适合手工焊

接。别看PCB尺寸小，却包含了100多个元件， 并且拥有了

SPDIF同轴和光纤输入，适合驳接CD，DVD，电 脑声卡等。由于

尺寸小巧，可以将解码板整合到CD机内， 更加节省空间，也可以

另外购买市面上常见的铝型材外壳， 装成一台解码器整机。下面我

们先来看看主要芯片的基本资 料吧。 DIR9001是28针TSSOP封

装的，可接收24bit（28 ～108kHz）采样率的数字接收芯片。它有

极低的抖动 （jitter），支持标准的SPDIF、AES等多种信号输入方

式。 可选择的多种系统时钟：：128f s，256f s，384f s以及512f s

（f s为输入数字信号采样率），并支持多种输出方式，比如 24bit

I²S、24bit Left-Justified、16~24bit Right-Justified。可 以选择

通过MCU，DSP等来控制芯片，设定芯片的工作状 态。工作电压

范围为2.7~3.6V，典型应用电压为3.3V。数 字输入要求为5V TTL

电平。PCM1738则是28针SSOP封装的24bit（192 kHz）采 样率

的数模转换芯片。它的动态范围高达117dB，信噪比 也是117dB。

总谐波失真加噪声是0.0004%；自动检测的 系统时钟有多种选

择：：128f s、192f s、256f s、384f s、512f s以及768 f s。从

16~24bit的多种输入格式可选，可以非常方便 地搭配数字接收IC。

它还支持外接MCU进行工作方式控制； 也支持PCM和DSD两种

格式的数字信号。需要注意的是， PCM1738需要一组3.3V的电压

供给芯片内的数字电路部分； 一组5V电压供给芯片内的模拟电路

部分。 简单介绍了主要芯片的一些基本参数之后，我们接下来 看

看这款音频解码器的具体电路和应用，芯片的一些引脚功 能也将在

文章中结合电路做简单介绍，更详尽的资料可以参 考官方提供的应

用手册。 图 1所示的是光纤输入部分的电路。采用的是东芝的

RX178B光纤接收器件。这里需要注意的是，光纤接收器件的 电源

脚要尽量在近处接一个0.1mF的退耦电容。另外，由于 DIR9001要

求的是5V TTL电平输入，因此，对光纤和同轴输入 信号都用

74HC04电路做了整形。DIR9001只有一个输入端， 因此，需要多

个输入接口的时候，可以考虑用继电器进行输 入信号的切换。

DIR9001的第20脚(RXIN)为数字信号输入脚。经过整形的 信号就

是接到此脚，具体看 图2。 由图2可知，DIR9001需 要2组3.3V

电源，5脚(VDD)为 数字部分电源，24脚(VCC)为 模拟部分电源，

因此，这两路电源最好分开供电。8脚(XTI)为外接晶体振荡器输入

端， 如果不需要外接晶体振荡器，要将此脚接地。7脚(XTO)为外

接晶体振荡器输出端，没有接晶体振荡器时，留空即可。 28脚

(CKSEL)为DIR9001模式选择脚。此脚拉低时，为PLL 模式；拉高

为XTI模式；连接到27脚(ERROR)为自动模式。 电路图上的方式

为无外接晶体振荡器模式，因此，28脚和 27脚连接起来为自动侦

测模式。当ERROR脚位为低电平 时，电路处于工作状态；当

ERROR脚位为高电平时，电路 处于静音状态。此时，系统输出时

钟由13脚(PSCK0)和14脚 (PSCK1)决定。详细组合见表1。 图2

中 ， 将 CKSEL脚接ERROR脚，使用的是自动侦测模 式。

PSCK1，PSCK0脚均接地，使得SCKO为128fs 。此时 DIR9001

接收到的是不同的数字信号的采样率，将输出不同 的系统时钟频率

SCKO和音频数据位时钟BCKO。详见表2。 在图2中，25脚

(FMT0)和26脚(FMT1)均接地，这2个脚的 电平高低组合，决定了

DIR9001的数据输出格式。它们的组 合见表3。 可见，这里选择

的是组合1，数据输出格式是16bit， MSB-first，right-justified的。

这是因为PCM1738在没有外接 MCU作控制的话，它默认只能接收

16bit right-justified ，PCM 格式的音频数据。 图 2中的DIR9001

芯片外围只有2个电容和1个电阻。这是 DIR9001芯片内建的PLL

所需的外部环路滤波器。在PCB布线 的时候，应该将它尽量地靠

近芯片。这3个元件需要误差在 5%之内，当然能有更高精度的更

好。第12脚(DOUT)为输出的 数字音频数据，它将和PCM1738的

第5脚(DATA)相连。 以上简单介绍了DIR9001在实际电路中的应

用和一些注 意事项。当然，还有更多复杂的功能可以实现，比如外

接 MCU，外接晶体振荡器等，大家可以参考官方的数据手册。 下

面我们来介绍PCM1738部分的电路，见图3。 从图3中我们可以

看到，从DIR9001输出的LRCK， DOUT，BCK，SCK等信号都

接到PCM1738相应的输入脚。 PCM1738需要一组3.3V的电压给

第9脚(VDD)，一组5V电压 给第23，24，28脚。第1脚(RST)为

上电复位脚，DIR9001 同样有一个类似的脚，它们接到由R6和E6

组成的RC电路， 这里的VD9起保护作用，可接也可以不接。其

中DIR9001要 求上电复位时间最短为100ns，而PCM1738最短为

20ns。 第21脚(IREF)接一个16kΩ电阻到地，这是提供芯片内部参

考电流的电阻，必须是16kΩ，并且要求精度为1%，这点 需要注

意。 另外，从图3可知，PCM1738是差分电流输出型的芯 片，需

要进行外部的I/V转换。它的输出电流，在0dB时候 是2.48mA( p-

p)，I/V转换后的电压可以按照公式进行计算： V out=2.48 mV( p-

p)×R f 。R f为I/V电路的反馈电阻。而20脚 V2是提供给I/V电

路的基准参考电压，是直流2.5V。第15 脚(MUTE)是静音脚，可以

通过MCU控制，也可以通过电路控 制。在电路控制时，高电平为

静音模式。第16，17，25，26 脚为差分电流输出，连接到图4的

I/V电路(负责I/V转换的是U8 运放。图4只画出左声道，右声道

类似)。 在图4中，IC8电路后面接了一个IC10组成的低通滤波兼

放大电路。图中元件参数为官方推荐的参数。利用该电路， 得到的

输出电压为2.2Vrms，低通滤波的截止频率为45kHz，电路增益为

1。 至此，此音频解码器的主要电路部分介绍完毕了。对 于其他方

面的细节处理，简单介绍如下。该解码器需要两组 电源，其中一组

是交流双15V，整流滤波并稳压后供给I/V和 低通滤波电路的运

放。另外一组是交流单7V，同样经过整流 滤波后，分两组独立的

稳压，一组3.3V，另外一组5V，供给 74HC04、DIR9001，以及

PCM1738。在这里，由于考虑到板 子需要小型化设计，就使用了两

组交流电源，如果各位读者 要自行设计时，可以每一路电源都独立

分开。不过，此解码 器虽然只用了两组电源，但经过稳压后供给数

字电路部分的 电源，都经过独立的LC滤波，可以降低相互之间的

干扰。 对于PCB的焊接，遵循从元件低到高的顺序焊接。比如 先

焊接贴片芯片再焊接电阻，然后是CBB电容，最后是电解 电容和

其他接插件。在焊接贴片IC的时候，可以用尖嘴烙铁， 烙铁头上

要尽量少的锡，然后一个引脚、一个引脚地焊接。 也可以用平头烙

铁进行拖焊，还可以用堆锡法焊接。所有元 件焊接完毕后，要检查

是否有漏焊，或者是否有焊接错误的 地方，特别是一些IC的方向

和电解电容的极性不能搞错。这个 解码器电路简单，焊接完毕后无

需进行其他调试。图5所示是 焊接完毕的成品板图片，非常小巧，

很适合安装到现有的CD 机箱内，或者用有机玻璃也可以做成很漂

亮的外壳。 把解码器的同轴输入接到电脑声卡的数字输出，解码器

模拟输出接功放的输入端子，接通电源，播放熟悉的乐曲。 细细地

倾听，发觉声场变宽，动态也明显加强了，细节也多 了不少，同时

乐曲也更加耐听了。把音源换作台式CD机， 同样发现效果提升了

不少。如果您有兴趣，不妨也动手DIY一 个。100多个元件，一片

小小的PCB，可以给你带来意想不到 的收获。也许这就是动手派

Hi-Fi 发烧友乐此不疲的乐趣吧！ ◇作者简介 20世纪90年代初，

笔者还是一个初中生，在一位同学的影响下，迷上了电子制作，然

后 自学电工基础、电子基础等知识。因为喜欢音乐的缘故，后来就

对音响电路DIY产生了浓厚 的兴趣，第一个功放是用LM386装

的，简单、焊好即响。现在想想，那时候对音响电路方面 的知识还

是一知半解的，后来随着烧龄的增长和经验的积累，陆陆续续又制

作了许多音响电 路，也开始了音箱的制作。 在上大学期间，由于

学校条件限制，我只好停止了音响DIY。毕业后，随着网络交流的

便 利和业余时间的充足，我又重新迷上了音响发烧，在网络的帮助

下，结识了许多电子制作和 音响制作的高手，他们给了我很大的帮

助和指导，因此，我也将自己的制作经验写出来，希 望和广大音响

发烧友互相交流、共同提高。

本文标签： 电路芯片解码器输入焊接