论文部分内容阅读
编者按：这是广东的Stanley Jing先生和山东梁兴光先生又一篇DIY的力作，这也是这两位高手的智慧和实力的结晶，我们从他们合作而暴发出的火花中，看到了他们的能力和水平，发烧友们为他们而高兴，为他们而自豪。我们欢迎更多的人介入到DIY中来。
外置SPDIF DAC解码器
前面我们完成了卫星接收机的SPDIF接口的加装。如果你已经拥有SPDIF DAC解码器，或者你的家庭影院音响功放支持SPDIF 输入，那么你就可以坐下来享受你的DIY的成果了。但如果你还没有SPDIF设备的话，则还必须配置SPDIF DAC解码器组成Hi-Fi音响系统，才能通过卫星接收机的SPDIF输出欣赏到高音质的卫星电视伴音和卫星广播。
市场上SPDIF DAC解码器商品有单体的和内置在音响功放中的两种形式。通常价格在千余元至数干元不等，顶端极品的SPDIF DAC解码器能卖到几万元。
对于我们来讲，购入成品，虽然简单快捷，但也失去了DIY的乐趣和成就感。现在市场上有很多种SPDIF DAC解码器的DIY散装套件出售，价格也不是很贵，几百元就可买到，音频指标不见得低于商品机，甚至某些指标还高于商品机。而且这种散装套件，也方便我们自己更换部分元器件，得到不同的音效特色。这样又会增加不少的乐趣。因此，在多方比较几款SPDIF DAC解码器套件后，我购买了一套SPDIF CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器散装套件。
1、DAC解码器构成
简单来说，DAC解码器就是数字音频信号转换为模拟信号的解析转换设备。一部DAC音频解码器并不是单纯的仅由DAC芯片所构成，实际上为了达成数字信号转成模拟信号的目的，必须有一连串的信号准备、整理与转换过程。在数字讯号送到DAC芯片之前的电路，我们可以将它视为“为转换做准备”；而DAC芯片之后的电路，则可以视为“模拟输出调整”。通常称之为外置DAC解码器。外置DAC音频解码器的电路构架，基本上包含下述三个部分：
（1）SPDIF数字接收解调；
（2）DAC解码；
（3）LPF及缓冲输出。
●SPDIF数字接收解调
SPDIF数字接收解调分为接收和解调两部分。接收部分是把前级送来的SPDIF信号，通过接收转换电路变换为TTL电平，然后送至解调部分。家庭里常用的SPDIF接收方式有TOSLINK(光纤)、COAXIAL (同轴)等。通常同轴信号先输入到一个数字脉冲变压器再送入数字接收芯片（Digital Receive IC）再进行整形放大；光纤则通过光纤接收模块进行光电换能，输出TTL电平送至数字接收芯片。数字接收芯片对转换成TTL电平的SPDIF信号进行解调处理并通过锁相环(PLL)实现时钟恢复，还原输出BCK(位时钟)，DATA(数据)，LRCK(左右声道时钟)信号。解调电路最主要的指标是时基抖动(Jitter)，时基抖动越小越好。HI-END级的DAC解码器常采用两级PLL电路，第一PLL先对时钟信号进行恢复，并且将这个一次恢复时钟信号再送入第二个PLL中进行进一步的锁相处理，利用二次PLL最终对时钟信号进行精确恢复并对数据进行重整。两级PLL电路能提供比单级的PLL电路精度更高的时钟信号，可以有效地降低Jitter。目前带有PLL的解调芯片有美国CRYSTAL公司的CS8412、CS8414，日本的YAMAHA公司的YM3623，日本三菱的M65810等。
在此多说几句，为了大家易于理解，先确认对数字音频影响极大的一个概念：Jitter。所谓Jitter就是一种抖动，Jitter（抖动）的一般定义可以是“一个事件对其理想出现的短暂偏离”。在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号在时间上偏离其理想位置的短暂变动。根据产生原因，Jitter可分成两种主要类型：随机Jitter和确定性Jitter。对于数字音频系统而言，数字信号总是和一个参考时钟信号一起传送和处理，如本文探讨的数字音频传输格式：SPDIF，它在一个信号中同时传送数据和时钟。数字音频的时钟信号是一种方波（Square-Wave），并且在频率以及振幅上被进行了修正。如果信号传输所用的时间不相等，那么就产生了时基抖动，Jitter最明显的表象就是时基抖动。时基抖动引起基本频率在宽度上的散开。另外，无论是随机还是确定性的抖动的频率都将增加噪音，这些会直接反映在音频信号的信噪比（SNR）和失真度（THD+N）上。Jitter（时基误差）一词并不是数字音频系统所独有的，Jitter存在于任何数字电路系统上，在数字电路系统上，只要Jitter的“量”在可容忍的范围内，系统都可以正常运作。
●DAC解码
音频DAC解码部分，也就是音频信号的数模转换器。这部分是外置DAC的心脏。数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。目前常用的DAC按工作方式可分为两大类。一类是多比特DAC，另一类是1比特DAC。
最原始的DAC电路由以下几部分构成：参考电压源、求和运算放大器、权产生电路网络、移位寄存器和时钟基准产生电路。移位寄存器的作用是将输入的数字信号寄存在其输出端，当其进行转换时输入的数据变化不会引其输出的不稳定。时钟基准产生电路主要保证输入数字信号的相位特性在转换过程中不会混乱，时钟基准的抖动（jitter）会制造高频噪音。二进制数据的权系数产生，依靠的是电阻，数据长度有多少位，电阻相应就得有多少个。如输入的数据格式是16bit,即16位数据长度，所以要采用16只权系数电阻，对应16位中的每一位。参考电压源依次经过每个权电阻的电流和输入数据每位的电流进行加权求和即可得出模拟信号。这就是多比特DAC。多比特是通过内部精密的电阻网络进行电流求和，并最终转换为模拟信号，好处是具有高的动态跟随能力和高的动态范围，但是电阻的精度决定了多比特转换器的精度，即便是理想的电阻，其热噪音形成的阻值波动都会影响转换精度。多比特系统目前广泛采用的是R-2R梯形电阻网络，是建立一组由阻值是R和2R的电阻所构成的梯形转换网路，每阶T网络对应转换数据的每一位，有相同数量的模拟开关切换梯形转换网路的接入或断开，参考电压源经过受控于输入数据切换的R-2R梯形电阻网络，其电流即为模拟信号。由于构成R-2R梯形电阻网络的电阻阻值仅有R和2R两种，制造难度较之权电流相加法DAC制造难度有所降低，但即便如此，使用理想状态的电阻达到的转换精度也不会达到24bits,目前23bits转换精度已经是现代技术所能达到的极限。多比特系统的优点是转换的精确度高、转换速度快、动态大等等，所以目前几乎所有的高价位音响系统都仍然采用多Bit的数字/模拟转换芯片。多Bit的数字/模拟转换芯片，由于片内电阻的精度及误差要求很高，所以制造成本很高，芯片售价自然也不便宜。
单比特的原理：依靠数学运算的方法在数字音频的脉冲代码信号（PCM）中插入过取样点，这些插入的取样点与原信号通过积分电路进行比较，数值大的就定为1，数值小的就定为0，原先的PCM信号就变成了只有1和0的数据流，1代表数据流较密集，0代表数据流较稀疏，这就是脉冲密度调制信号（PDM），脉冲密度调制信号经过一个开关电容网络构成的低通滤波器，1就转换为高电压信号，0就转换为低电压信号，然后通过级联积分，最终转换为模拟信号。插入取样信号会制造出许多高频噪音，所以还要经过一个噪音整形电路处理，将这些噪音推移到人耳听不到的频域。1bit的优点在于转换精度不受制于电阻，转换精度可以超过24bits，成本也低，但是设计过取样和噪音整形的电路难度很大。因为电阻在精密程度和热噪音上对音质影响相对小些，而1比特的电容和积分电路对音质影响则相对大些。对于数字音频的数据格式，单从声音素质上应该说多比特优于1比特，多比特对数字音频信号直接进行转换，而单比特还要经过一个PCM信号转换为PDM信号的过程，还要经过开关电容的充放电过程，虽然从理论上来说，最终得到模拟信号的速度和多比特相比不会慢到可以比较的程度，但是实际听感上，单比特不如多比特听起来更有活力，单比特似乎要慢一点，中频厚一点，音色相对厚重一些。
1bit始创于飞利浦，分为三派，一派是以飞利浦为代表的比特流Bitsream；一派是以松下为代表的MASH；还有一派就是今天非常流行的Delta-Sigma。
今天Delta-sigma 1bit非常流行，在此，简单介绍一下Delta-sigma 原理。Delta-sigma包括两部分电路，一部分是Delta电路，它将量化后的信号与初始信号进行比较求差，这些插值信号接下来进入Sigma电路，此电路将这些插值信号进行误差求和，然后与量化前的信号相迭加。然后再进行量化。通常采用飞利浦开发的动态元素配对（DEM）量化技术，此种量化包含一个极高精度的电流源和多个1/2镜像电流源，由于集成电路最擅长镜像电流源电路，所以对元器件精度的要求可以降低，提高了性价比。量化以后的信号通过开关电容网络转换为模拟信号。需要指出并非所有的Delta-sigma 转换都是单比特。Delta-sigma的优势在于它的高性价比，从而在中低档数字音源市场上非常流行。即便是那些坚持采用多比特的厂家，中低价位的DAC也多采用Delta-sigma。
●LPF及缓冲输出
LPF及缓冲输出部分，大致分为电流电压转换(I/V)、低通滤波器(LPF)、缓冲输出几部分构成。数字音频PCM数据流在进入DAC转换芯片之后就会在芯片内产生一连串对应于原模拟信号的电流脉冲。这些电流脉冲必须再经过一个转换的电路将其转换为电压信号，才能够被完整的还原成模拟信号，才能进入下一级电路进行处理。这一个转换电路就称之为电流电压转换(I/V)电路。在一般的DAC转换器之中大多是以运算放大器（Operational Amp，也就是俗称的OP Amp）来完成。但是也有采用最原始的方法，就是将电流通过一个电阻，电流在电阻上形成压降，就完成了电流电压转换。数字音频PCM数据流在经过DAC转换之后，其模拟电压信号必须通过一个含有特定斜率（Slope）的滤波器将DAC输出的模拟音频信号中残存的高频噪声予与滤除，只留下我们所需的讯号，否则这些衍生而出的高频频率会干扰了正常的模拟信号品质。低通滤波器(LPF)有电感滤波器、RC滤波器等无源低通滤波器和由运放组成的有源低通滤波器，其中有性能最好的是有源GIC型低通滤波器。缓冲电路作用是提高DAC解码器输出能力，匹配DAC解码器与功率放大器的阻抗，对音质的影响也非常关键。
DAC解码器的电源系统设计也是获得高音质的关键，目前比较好的DAC解码器都是对数字和模拟两部分独立供电，防止数字杂波对模拟部分的干扰。
2、NOS DAC解码器浅析
前面我们谈过，数/模转换是DAC解码器的心脏，而数/模转换芯片以及它的工作方式也就决定了DAC解码器的特性。
NOS DAC意为非超取样方式(Non Over-Sampling)的解码器，即无数字滤波的解码器。
与非超取样方式相对应的是超取样方式。那么，什么是超取样方式呢？超取样（Over-Sampling）是目前普遍在CD播放机中采用的一种技术，目的是提高放音质量。CD碟片上的数据信号被读出后，通过DSP电路的插值处理，将44.1kHz的标准取样率提升一倍到数倍，这就是超取样。为什么要超取样呢？这涉及到DAC转换之后的噪声滤除问题。数字信号经过DAC转换之后，会在音频频带以外的高端产生一个镜象频带，这是一种噪声，必须用低通滤波器滤除，否则经过非线性器件后会折回到音频频带内，对放音效果产生很大的破坏。该镜像噪声频带的位置和取样频率有关，频率越高，镜像频带就离音频频带越远。对于标准取样频率来说，必须用衰减十分陡峭的滤波器才能滤掉靠近音频频带的镜像噪声。但衰减陡峭的滤波器很难设计，相位失真很大，难免会影响到音频频带的高端部分，使音质下降，这就是早期的CD机数码味比较重的重要原因。如果采用超取样，就可以把镜像噪声推到远离音频频带的位置，这时只需要衰减平缓的低通滤波器就行了，设计难度大大降低，相位特性得以改善，使放音质量获得显著的改善。
事实上，NOS DAC并非什么新技术，在CD发展的初期就已使用，属于一种被时代主流淘汰的技术。但NOS DAC近年却在音响DIY界重新崛起。为什么NOS技术今天又在DIY界中复兴呢？除了制作、听感的因素外，其中必有缘由。
只找到一些不多的资料，将其中关于NOS DAC在原理上的优势摘要简述如下：
（1）NOS比OS（Over-Sampling）具有更强的Jitter免疫力。以声音的能量（幅值与时间的积分）来考察NOS的16bit非超取样与OS的20bit 8X超取样的情形，从计算可以得出，当出现1/2 LSB差错时，NOS允许的JITTER是173PS，OS允许的JITTER是1.35PS，因此，NOS比OS具有Jitter免疫力上的优势。与此同时，这个1.73PS的JITTER指标是一个极高的指标要求，事实上在目前的技术条件下是不可能在实际中实现的，因此，OS的指标要大打折扣。也就是说，超取样并不能获得理论上的精度。
（2）OS在插值运算上不可避免出现差错是最常见的FIR数字滤波，它是将原有的数据移位并覆盖，当乘以一个系数去覆盖原有数据时，会在16Bit以下出现新的信息，并且为了覆盖这个新的信息，需要使用更高Bit来处理。例如，高性能的数字滤波芯片SM5842，这个处理是由32Bit进行，以20Bit作滤波器输出，在这个重新量化过程中，会产生更多的差错。最近，这个问题通过滤波器与8倍超取样同时进行而得到缓解，但即便是这样，仍无法避免差错的出现。
因此，如果把所有这些差错全部计算在内，NOS的16bit比8倍OS的20bit的精度要高。也就是NOS能够“起死回生”的理论原因吧。
为什么当年NOS技术没能存活下来呢？或许我们可以这样去猜想当中的原因：
（1）厂家由于商业利益而对OS技术的大力推动，再加上NOS技术那难看的指标，失去存在的基础，使其被人抛弃；
（2）那时候人们对“数码味”并不反感，反而觉得新鲜，就像当年声音生硬的晶体管机胜出真空电子管（胆管）机一样；
（3）高品质的DAC芯片在NOS技术时期没有出现；
（4）当年没有认识到数码音响中Jitter对音质的影响，因而未能“发现”NOS DAC的优势。
NOS DAC工作于CD的标准格式即一倍取样频率（Fs=44.1KHz）、16bit之下，在电路结构上，这种解码器省去数字滤波器芯片，减少了器件数量，大大降低了制作成本和制作难度，而且由于具有天然的Jitter免疫优势，从而减轻了对PCB布局走线及其它细节的要求，很容易就能获得自然真实的声底和良好的声音品质。因此，近几年得到了大量外国音响DIYer的喜爱，在国外著名的DIY Audio论坛上也出现了NOS DAC制作的主流。但是，采用NOS方式必须选择恰当的低通滤波器（LPF）电路，才能得到理想的效果。
3、CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器主要器件
CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器套件的接收芯片采用了CRYSTAL公司的CS8414。DAC转换芯片使用了PHILIPS的TDA1543。
SPDIF数字信号，先进入数字信号输入转换电路。CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器输入接口是同轴（COAXIAL） 及光纤（ OPTICAL），使用COAXIAL 时，SPDIF先进入一只数字脉冲变压器再耦合到CS8414作RS-485/TTL 转换；在使用OPTICAL时，SPDIF被耦合到光纤接收模块作TTL转换，再进入CS8414。Crystal半导体公司制造的CS8414芯片作数字信号接收，将SPDIF信号解调出三个信号，分别为时钟（CLK）信号、左右声音识别（LRCLK）、数据（DATA）信号，然后送入四片并联的PHILIPS半导体公司制造的TDA1543 16Bit DAC作D/A转换，TDA1543是电流输出式DAC芯片。LPF及缓冲级由OPA604AP构成。图44是它的电原理图，图45是结构方框图。
同轴输入为什么要使用变压器耦合？理由很简单，就是要隔离，数字脉冲变压器在解码器上的使用是为了隔绝一些环路上的干扰。它可以有效隔绝直流、可以有效阻绝共模噪声，让输入信号与输出信号之间，透过磁耦合的方式“隔空交连”，不让输入与输出信号之间有任何直接的“碰触”。ST-85162是一颗数字脉冲变压器，这颗数字脉冲变压器性能优异，许多高档DAC解码器中均有采用，见图46。如果找不到数字脉冲变压器，也可以使用报废电脑网卡上的网络传输数字变压器代用。另一种不使用变压器的作法，就是通过0.01μF的电容来耦合。使用电容耦合虽然依旧有效隔离了前端的直流（对直流来说，电容的阻抗几乎无限大，无法通过，但却可以让交流信号通过），但很多高频噪声还是可以从电容中通过，可能会影响CS8414工作的稳定，影响解码器输出音质。图47是使用或不使用数字脉冲变压器时的CS8414平衡输入接法。
一般来说，在SPDIF数字信号同轴输入端使用数字脉冲变压器的DAC，背景会比不使用的DAC更宁静。
光纤接收模块采用的是TOSHIBA生产的TORX178B。它的外形与光纤发射模块TOTX176完全相同，也是有三只引脚，分别是OUTPUT、GND和VCC。工作电压5V。在使用TORX178B时，在其VCC和GND两脚间应接入一只容量100nF的退耦电容，防止其在光电转换时的噪声。
SPDIF数字接收芯片为Crystal的 CS8414，其英文名为Digital Audio Interface Receiver。它支持24bit/96KHz的数码解调，时基抖动小于200ps，具有抗时钟抖动的出色性能，被广泛应用于高级解码器和专业设备中。图49为CS8414的外观，图50和图51为CS8414的内部框图和引脚图。
CS8414 是单片CMOS 器件，工作电压5V。支持AES/EBU、IEC958、S/PDIF 和EIAJ CP-340 数据标准，接收音频数据并对其进行解码。CS8414内置有一个RS422收信接口，一个用于时钟恢复、同步以及分离音频和数据的锁相环（PLL）。它最高支持96kHz采样率，音频数据通过一组可设置输出数据格式的音频数据串行口输出，分别输出SCK（位时钟），FSYNC（帧时钟，也称左右声道时钟）和SDATA（串行数据）。可输出14 种音频数据格式。输出数据格式由CS8414的M0、M、M2和M3来设置。M3 用于选择8种普通格式（M3=0时）和6种特殊格式（M3=1时），表6和表7为普通和特殊两种输出数据格式的设定。
CS8414的RS422接口可接收差动或单端输入信号。RS422接口由一个回差电压为50mV的施密特触发器组成。施密特触发器的回差电压可抑制噪声信号对相位检测器的影响，保证其工作稳定。
CS8414芯片最基本的功能是从一个数字音频传送线路上恢复音频数据和低抖动时钟。产生的时钟是MCK(256×FS)、SCK(64×FS)和FSYNC(FS或2×FS)。MCK由PLL 电路的压控振荡器（VCO）输出，PLL由相位和频率检测器、回路滤波器和一个压控振荡器组成。回路滤波器需要外接一个电阻和电容，PLL的所有其它组成器件都内置在CS8414芯片内。相位和频率检测器用来使PLL锁定接收到的数据流和阻止错误锁定的出现。当PLL没有锁定接收到的数据流时，频率检测器则降低VCO的频率到PLL锁定范围内。当没有数字音频数据时，VCO频率被降到最低。
CS8414芯片内有一个频率比较器，可以将接收到的数据中的取样时钟频率和一个外部提供的从FCK脚输入的6.144MHz的时钟进行比较。得到接收数据中的取样频率信息，该频率信息在F2、F1 和F0三个输出脚进行编码输出，编码逻辑及对应频率信息如表8所示。此编码可用一个TTL逻辑电路的3-8译码器（如74HC238）译码，供显示接收数据的采样频率信息。
CS8414的时钟工作模式可设定为主（Master ）和从（Slave）模式。在M3=0时，其主/从模式由M0电平设定。在主（Master ）模式，SCK (位时钟)和FSYNC (左右声道时钟)信号由输入的SPDIF信号锁相解调产生；在从（Slave）模式，两时钟信号由外部的时钟振荡器产生并同时送入CS4814和DAC，可降低时钟信号的JITTER。工作模式的选择透过板上数位开关设定CS8414的M0脚电平完成。这样我们可以利用Slave模式让外部的时钟振荡器经过分频产生CS8414与TDA1543所需要的工作时钟。时钟振荡器使用高于LRCK频率 256倍的OSC可以有效降低时钟失真使声音听来更顺耳好听，更可以升级成顶级的TXCO振荡器，使时钟JITTER进一步降低。
图52为外时钟振荡器，图53为外时钟振荡器电原理图。时钟振荡器也就是我们一般所说的Oscillator，振荡器频率11.2896MHz，并经74HC4040分频产生44.1KHz的FSYNC（LRCK）和2.8224MHz的SCK（ BCK）两个时钟信号。74HC4040是一颗12 位二进制计数器，可以分频出我们所需要的频率。将这两个频率分别送进CS8414以及TDA1543就可以让DAC正常的工作了。整个振荡分频小电路板用橡胶圈悬挂在DAC解码器电路板上，时钟电路板使用柔性导钱与主板连接。这种柔性悬挂方式可以减小外部的机械振动对振荡器的影响。
对DAC解码器来说，最重要的芯片恐怕就是DAC芯片了。它将数字信号转化为模拟信号，从某种意义上说它相当于合并式放大器的数字前级。众所周知，前级放大器决定了音响系统信噪比和动态范围，因此DAC芯片的地位非常重要（大多数厂家对DAC芯片也很重视，通常都会在产品介绍和广告中着重提到它）。
DAC选用菲利浦公司的TDA1543。该集成电路为DIP8脚封装，TDA1543所支持的输入数据格式是I2S 16Bits，工作电源电压为3～8V，电压应用范围很宽。在高工作电压条件下应用，可提高音频的动态范围。在电路中TDA1543工作电压为8V。TDA1543 是Philips 生产的一粒很古老的R-2R多Bits电流输出型DAC，虽然结构简单，但音色却令人惊讶，虽然音乐的细节没有其它高挡的 DAC 那么清晰及通透，高频亦不太清晰动人，但低音的伸展却很好，人声温暖，总体听起来感觉有点像加了Tube 输出那样。图54 和图55分别是TDA1543内部框图和TDA1543引脚图。
TDA1543采用四颗并联的设计，即四颗TDA1543的输入、输出全部分别并联。见图56。四颗TDA1543并联使用可以增加输出电流量，并且增加输出音频信号的动态，对声音的表现很有好处。TDA1543的VREF脚到地所接电阻决定TDA1543输出电流的大小，改变这个电阻，能改变DAC输出的音频信号幅度。在TDA1543并联应用时，TDA1543的发热量大大增加，为保证TDA1543的安全运行，必须给其安装上散热片。图56中四颗TDA1543周边的四个孔是固定TDA1543散热片的。
CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器的I/V转换采取在四颗TDA1543并联的R、L模拟输出脚上分别接上一只680Ω的电阻到地，DAC的输出电流在电阻上的电压降成为音频信号电压。
低通滤波器采用契比雪夫（Chebyshev）滤波器，契比雪夫滤波器（Chebyshev）具有过渡带最窄，即通带外衰减速度最快、频响曲线最为陡峭的特性。
在低通滤波电路的后面是缓冲电路 (Buffer)，这个部分主要是作阻抗转换以及隔离的作用，阻抗转换部分主要是使整个电路有较低的输出阻抗，另外就是可以有大一点的输出电流，至于隔离的部分主要是利用缓冲电路将下一级的负载跟分相电路隔开，不让下一级的负载影响到缓冲电路之前低通滤波的工作。
由于每种运放都有其独特的音色魅力，因此运放的选择就是DIY过程中极富个性化的一个环节。LPF输出缓冲采用OPA604AP运算放大器，OPA604AP是BB公司生产的低失真、低噪声、高速率的宽带单路运算放大器。这个运算放大器拥有超低噪声的特点，许多Hi-End欧美名机采用OPA604AP担任低通滤波与缓冲。另一个特点是，这只OP可以承受高达正负24V的工作电压，如果提高OPA604AP的工作电压，亦可提供更大的信号动态范围。图57是OPA604AP的引脚，图58是OPA604AP的实物照片。
为了得到较好DAC解码器性能指标，电源也是非常关键的部分。电源部分电路总共有六组稳压直流电源输出，分别为提供给CS8414的+5V两组、11.2896MHz晶体振荡及分频器的+5V一组、TDA1543的+8V一组、LPF输出缓冲的+15V及-15V各一组。以DAC解码器的设计来说，这算是比较奢华的设计。并且在电路板布线（PCB LAYOUT）时加入了一些特定的处理。比如：地线根据电路模块分块处理，大面积的PCB覆铜来降低对于外界的EMI干扰，而在各电路模块之间，根据信号电流的回路方向在单点进行地线连接。在关键的电源布线点设置对于高频呈高链波电流的电容进行电源退藕等等。从而，有效的降低了整机数字模块之间的EMI干扰，把数字信号的抖动降低到非常小的程度。
电源稳压用的IC，是美国国家半导体公司（NS）的LM317以及LM337，千万别低估这类的稳压IC，其实只要经过细心的PCB Layout，都会有相当不错的表现，当然，如果想要更进一步提升，也可以将LM317/LM337更换成更高档的LT1085/LT1033。
4、CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器装配
接下来就是焊接元件了。对照电路图及PCB板标号将元器件逐个焊上，先焊电阻等高度低的元件，最后焊电解电容和IC。
焊接CS8414的时候要把烙铁接地或拔掉烙铁电源,同时在焊接的时候不要使CS8414过热,焊接的时候尽量速度加快，因为过热和静电都会损坏CS8414。元件在焊接前要用万用表检测一下数值和好坏，这样以后可以减少很多麻烦。焊好的零件多余的引脚线用斜嘴钳把它剪掉。在焊接过程中一定要注意两点：一点是零件不要插错地方，另一点是不要有虚焊和连焊（把相邻的并不相连的焊点焊到一块）。
通电前不要插上TDA１５４３和ＯＰＡ６０４，调节各个三端稳压器的调压多圈电位器至合适的输出电压：晶振和CS8414为5V；TDA1543为8V；OPA604为正负15V。正常后再上TDA１５４３和ＯＰＡ６０４，安装ＩＣ后测量以上电压！确定正常就可以试音啦！将板上数位开关全部设为ON，设定CS8414为从模式工作状态，使用外晶振时钟。
装配完成的DAC电路板见图59和图60。最后插上TDA1543及ＯＰＡ６０４，并装上DAC散热片。在安装DAC散热片时，在四颗DAC表面涂上少量导热硅脂，降低TDA1543散热热阻。
DAC解码器的机箱，购于HIFIDIY。机箱为全铝构造,表面拉丝氧化处理,面板厚度5mm，见图61。
图62和图63是装配完成的CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器，面板有两个LED指示灯，分别是电源和信号锁定指示。通过几天的调整，实际试机测试，慢慢感觉到它的魅力：高频滑顺，中低频相当厚实，低频有力，很有LP的味道，音乐听来非常连续、流畅，没有中断感，整体音色偏淡黄色。尤其听人声的时侯更是其它DAC所没有的味道，少了刺激性却多了韵味。有可能是输出动态大的关系，因此声音密度很高细节很多，非常顺耳好听。整体来说，这是一套音乐性非常高，又有特殊风味的DAC，非常值得拥有。
工作中DAC要发热，用手触摸它会感到稍微有点烫手，不用担心，放心用吧。其实解码器的制作并不难，甚至比制作胆机要容易许多。
如果感觉到自已装配DAC解码器太复杂，又不想化费太多的费用购买成品DAC解码器，也可以选购一些成品简易型DAC解码器电路板，一般这样的DAC解码器价格约100元左右。图64所示就是一款简易型DAC解码器，接收芯片采用了CS8414，DAC转换芯片使用CS4334。输入方式有同轴、光纤和TTL三种。其中TTL输入是连接电脑光驱上的SPDIF输出的。一般购回后找个机壳装入，接上一个9～12V的直流电源就可以工作。
耳机放大器
为了更好地欣赏音乐，许多乐迷和发烧友梦寐以求一套能较为完美地重放音乐的高级音响系统。一个完整的音响系统由音源、放大器和电声换能器组成。 顾名思义，音源就是声音的源头，没有音源，用音响系统还原声音也就无从谈起。从广义的概念来看，音源有两层含义，一是指记录声音的载体，只有先把声音记录在某种载体上，才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来，这些载体是音响系统中声音的来源，所以称为音源。常见的音源载体有CD（小型激光唱片）、TAPE（磁带）、LP（密纹唱片）等。音源的另一层含义，是指播放音源载体的设备。对于本文所讨论的内容而言，数字卫星接收机或者是数字卫星接收机+SPDIF DAC解码器也算是音源。有了优质的音源，但没有性能良好的放大器和电声换能器，也不能完美地欣赏高音质的声音。放大器和电声换能器常常就是指音响功放和音箱。可是，优质的Ｈｉ－Ｆｉ功放、音箱身价不菲，而且要想完美地搭配并不容易：首先，要备齐音源、放大器和音箱，以及相关的连接线（信号线和喇叭线）。然后，必须有一套不小于１０平方米、形状较为规整的听音室，室内最好没有大型家具阻隔，防止回声混响的音染。假如房间条件不理想，或由于家具摆设的限制，不能将喇叭摆放在合适的位置，那么即使音响再高级，重放的效果也会大打折扣，甚至不如一般的音响系统。那么，假如一个音乐爱好者没有合适的房间条件，而且只想花有限的金钱，又要得到最充分的音乐欣赏效果，应该如何组建自己的Ｈｉ－Ｆｉ系统呢？
我的建议，采用耳机系统！实际上，耳机系统是最适合的解决方案。同音箱一样，耳机也是电声换能器，但耳机的价格就要比音箱的价格低很多，所以有一种说法：耳机是穷人享受Hi-Fi的劳氏莱斯！当然，这话可能有点夸张。但从投资金额上看，买一副最优质的耳机，见图65，只需花买一对优质喇叭化费的１０％到２０％。耳机系统与音箱系统相比，在更小的投入中往往有更大的乐趣。
耳机是一种历史悠久的电声转换器材。现代Hi-Fi耳机经过了半个多世纪的历练，吸收了电声学的精华，应用了大量新技术与新材料，其电声性能、重放的效果几乎达到了完美的程度。耳机的发声单元只有一个，不需要较大的驱动功率，通常不超过0.2W，最高挡次的耳机驱动功率也小于1W。而且频响范围可达20Hz-20KHz以上，全频带内不存在相位失真。失真度也极小，通常的Hi-Fi耳机的失真度均小于1%，甚至达到0.1%。这些优异的技术参数都是音箱难以比拟的。音箱要想达到近似的参数，通常要使用224个发声单元，同时还必须配合适当的分频电路，这使得声箱在较宽的放音频带内很难做到相位一致，同时各发声单元之间的相互干扰也是一个不易解决的难题。用耳机聆听音乐时，能够消除空间环境的声场干涉，从而大大提高了音响系统的分析力和声道的分离度，这样就能够更加准确地还原录音师对各种音源、乐器所进行的立体声方位处理，把一个乐队通过准确的声场再现出来，使你感到乐队如同在你面前演奏一般。
耳机是个大家族，也有很多种分类的方法。耳机从外观区分，有头戴式和耳塞式；从换能原理（Transducer）上区分，主要是动圈（Dynamic）和静电（Electrostatic）耳机两大类；按开放程度分，主要是开放式、半开放式、封闭式（密闭式）；按用途分，主要是家用（Home）、便携（Portable）、监听（Monitor）、混音（Mix），还有从耳机阻抗上分，有高阻、低阻等等。有时为了准确地定位一副耳机，需要几种分类方式交叉说明，才能准确地表达耳机的特点。
耳机是电声换能器，需要输入一定的电能才能转换出声能。实际上，如果仅从声音的可闻性来看很多耳机是无需放大器的,在卫星数字接收机或DAC解码器的音频输出端直接推动耳机，也许能听到声音。但是从声音的音响性来度量，此时你可能会觉得有诸如声音发闷,放不开,干薄、发虚等等的毛病，只能暂时满足听"响"的要求。如果接上耳机放大器，频率响应都会有不同程度的改善!你会感觉到高音或低音变好了！这是由于耳机的振膜,在推动功率不足的情况下，耳机的发音单元不能有效跟随迅速变化的信号电流。由于各类型耳机发音单元特性的不同，在驱动功率不足情况下，要么出现低频响应不足，要么出现高频甚至全频响应不足的现象。因此,要想在耳机特性确定的情况下充分发挥耳机的电声指标优势,得到更宽频带的声音,一台耳机放大器是必需的。强调一点：耳放的作用绝对不是“提高音质”，而是让耳机在充分的驱动下表现其真正的声音本色。当然，如果使用的音源输出质量不高，在这样的前提下，耳放的作用会被明显减弱，音源不上档次无论上再高挡的耳放总体效果不会上个台阶。
在耳机系统中，音源与耳机之间加入一个耳机放大器的环节，可以改善音质、调整系统的音色走向，这已经在耳机发烧友中形成共识。特别是千元以上较为高档的耳机，使用耳机放大器后音质改善是明显可闻的。资深的发烧友都明白耳机放大器的重要作用,都会给自己的耳机系统配置性能良好的耳机放大器。由于不同耳机性能差异较大，针对某一种或者几种耳机需要设计专门的耳机放大器。耳机放大器的功能、结构都与普通的音箱功放相似，但是耳机有它不同于音箱的特点，所以耳机放大器在设计上也有着自己特殊的要求。
1、HEF200耳机放大器构成
耳机放大器，英文叫“Headphone Amplifier”。耳机放大器实质上是一台具有优越性能的小功率的功放。由耳机的特性决定，耳机放大器的电路设计、制造工艺、元器件以至线材的选用等方面都有较高的要求，而决不是CD机、随身听中的耳机放大电路的“分体独立”化。耳机放大器的设计制作类似于HI-FI系统的前级放大器（很多耳机放大器可当作前级来使用），对信噪比、失真等指标要求很高，稍有不慎，用耳机很容易听出噪音或失真。耳机放大器与驱动音箱的功放一样也有晶体管和电子管之分，业内称为石机和胆机。从使用的元器件及电路上主要分为集成电路耳机放大器、晶体管耳机放大器、电子管耳机放大器和晶体管、电子管混合（胆石混合）耳机放大器等。而且不同结构的耳放具有不同的声音风格和特点，很值得耳机和音乐爱好者们玩味。然而，由于耳机放大器的市场需求不是很大，产量通常较小，故售价普遍偏高，进口货中最便宜的也不低于2000元，而且品种又少，很难满足我们的需要。所以在“ＤＩＹ”风日盛的今天，“ＤＩＹ耳放”也应成为一种时尚。
同样，在市场上也有很多款DIY耳机放大器散装套件可以选择，笔者选购了一款“HEF200经典双差分甲类耳机放大器”散装核心套件，包含了PCB板、三极管、稳压IC等主要零件，阻容元件需自己配齐。该机采用全晶体管分立元件，电路采用成熟的双差动放大模式；共模抑制比很好、工作稳定。输入管采用结型低噪声孪生场效应管(NPD5564)，听感好、噪声低；全部晶体三极管除未级外只须同极性配对，配对难度不大。PCB板上有整流滤波电路，及专用的喇叭保护IC组成的耳机保护电路，可确保耳机的安全。是一款比较适合烧友们DIY的耳机放大器散装套件。该机适合大多数的中低阻耳机，甚至600欧的耳机也有不错的表现（需要修改部分阻容参数及未级静态电流），同时也可当作HI-FI系统的前级放大器使用。
采用晶体管等分立元件来制作耳机放大器与集成电路相比具有更大的灵活性、趣味性和诱惑力。分立元件好似"积木"，可根据你的设计搭建成各种不同类型的电路，许许多多电子爱好者为之乐此不疲。“晶体管声”也是一种有“魅力”的声音。
这台晶体管耳放共使用20只三极管、4只场效应管、2只三端稳压IC、2对孪生型场效应管、2只桥式整流器和1只喇叭专用保护IC。图66是它的电原理图，图中只画有一个声道，另一声道与此完全相同。
从电路结构上讲它是一个全对称的OCL放大器。全对称是指从差动输入级、到激励级、功率放大级等各部分都是互补对称的电路形式。这是一种比较完善的优良放大器， 它发挥了两种互补类型晶体管互补工作的特点，使电路的工作更加稳定、保真度更高。并且采用了扬声器专用保护电路，检测末级中点电位，在开关机时不会对耳机形成电流冲击，开机时显的格外宁静。输出级晶体管工作于甲类(Class A)状态，彻底消除了交越失真和开关失真，实际听音有点“甜润”的感觉。
现在我们来看看实际线路。原理图中一对孪生的NPD5564构成N沟道场效应管差动输入放大，进行正负半周对称互补放大。该级采用晶体管和场效应管组成共源共基差分电路，该电路高频特性好，电路稳定，噪声低，加入场效应管使听感接近电子管的特性。差动放大可以有效的抑制零点漂移，在高质量的放大器中常被使用。采用孪生场效应管的好处在于管子的对称性好，省略了繁重复杂的配对工作。场效应管在大电流工作的情况下，能承受大动态的输入信号而一直保持在甲类工作状态，并且不会由于工作电流的增大而增加噪声。本级的静态电流大约为每管9mA左右，两只NPN三极管VQ35和VQ35构成输入差动级的恒流源。
输入差动级放大后的信号分别输送到由VQ41、VQ33、VQ45、VQ40和VQ30组成的单端推挽放大器作激励电压放大。
激励放大级放大后的激励信号送到输出功率放大级，输出级采用音质醇厚细腻的K214/J77做输出级，这是本机声音醇厚的主要来源。此管的工作电流的设置与其性能的发挥和音色的优劣关系很大，将此管的工作电流设置在80mA～140mA之间，使整机的效率和音质有一个最佳的平衡点。在电路中采用了漏极输出的组态。经过互补推挽功率放大后输出驱动耳机发声。
R130为负反馈电阻，它的阻值大小直接影响耳放的增益。R130的阻值为47K，阻值越大负反馈量越小增益越大，反之亦然。在电阻R1上没有并连反馈电容，这样可减小放大器的瞬态失真。
C49、R105是RC负载阻抗补偿网路。由于耳机属于电感性负载，在频率高时感抗会增大，此时C13的容抗却会降低，从而使负载总体阻抗在整个音频频谱范围内趋于一致，有利于放大器的稳定工作。
耳机放声系统与音箱相比有很大不同，耳机的阻抗范围很宽，一般在32欧姆到600欧姆之间。它的振膜质量很小，自由振动形成的感生反电势不大，不需要放大器有很小的内阻加强阻尼。而且如果放大器内阻过小，当负载阻抗变化较大时会引起放大器性能的变化，也使输出的功率差异太大。所以在输出端加串了11欧姆电阻来均衡这种情况。这样你在插拔耳机时也不用担心输出端短路了。
具有先进可靠的耳机保护电路，具有零点飘移、开机延时、关机静噪等功能。保护电路的控制芯片为HA1237，这是目前较为流行、应用广泛，性能稳定的保护控制电路。μPC1237在电源接通后μPC1237会检测两通道输出中点电位，如果两通道中点电位低于10mV，则在约5～6秒后, μPC1237开启继电器，连接耳机与耳放输出级的继电器触点闭合。防止耳机放大器开机时对耳机的冲击，或输出级故障而烧毁耳机。
2、HEF200耳机放大器装调
将元器件和逐个焊接安装在电路板上。要先焊高度低的元件，再焊高度高的元件，最后焊上场效应管及电解电容器。由于未级是甲类放大电路，工作时管子功耗很大，所以大功率管和三端稳压器在安装散热器时要涂抹适量的导热硅脂并紧固好散热器螺丝。全部零件焊完后，应仔细查对有没有零件装错及焊接的假焊、锡桥等等情况。一切无误后，准备通电调试耳机放大器！图67和图68是焊装完成后的HEF200耳机放大器电路板。
再好的线路，再好的工艺，如果最后调整的不好亦然发挥不了应有的水准，测试调整应有一定的步骤和方法，这才能达到事半功倍的效果。
接好变压器的引线，最后再仔细的检查一遍就可以开始电源部分的调整了。调整LM317和LM337的调压电位器R87、R94至正负15V电压相等，正负电源的误差要小于10mv就行了。
最后统调只有中心点零电位调整和末级静态电流调整两项。
接通电源，调节精密可调电阻VR7，使输出级中点到地的电位最接近0V，笔者制作的耳放，输出中点都可以控制在10mV以内。这个电位一定要尽可能接近0V，否则输出继电器可能不能闭合。
调节电阻VR5，使输出级的静态电流在80～140mA之间，这个电流可以通过测量电阻R113或者R109两端的电压来换算出来，即电阻两端的电压为：0.88V～1.54V，时0.88V～1.54V /11Ω=80～140mA。实践证明，电流小了音质清纯一些，电流大了音质要厚重一些，可以根据个人的喜好进行调节。
另一声道同样调节VR8和VR6，使中心点零电位调整至0V和末级静态电流在80～140mA之间。
现在可以插上音源和耳机开机试声了，最好还是先用个廉价耳机，一切觉得正常了再换上好耳机。就这样用试运行几天，等“煲”熟了再装机箱。
音量电位器选用ALPS 27型 50KΩ双联电位器，见图69。电源变压器使用双18V/50W环型变压器。
大家知道，在音响领域，耦合电容也影响着放大器的声音特色，不同品牌、不同类型的电容各有特色。刚开始我在耳放输入的耦合电容焊上的是2.2uF德国WIMA电容（图67和图68中带△的方形电容），开始校音时，可能是由于耳机的原因，感觉音色偏冷。后来换了几种电容，最后确定换上4.7μF RIFA电容（图70中带△的方形电容），RIFA电容是一个瑞典生产的老牌电容, 广泛应用在众多欧美名机中，特点是音色通透，人声带着一点甜味，齿音较明显，对高频穿透力极强。
耳机放大器机箱选购了Hifidiy的耳放专用机箱，尺寸220×70×300 mm。整个机箱为全铝构造,表面拉丝氧化处理。图70和图71为安装完成后的HEF200耳机放大器。
这台晶体管耳放十分经典规范，可圈可点之处甚多，实际表现相当不俗。高端清丽不噪、中频通透柔顺、低音厚而不肥，动态十足、推力强劲、适应性广，很值得DIY们上一台把玩把玩!
写在最后的话
在本文中，我们从卫星数字接收机的SPDIF入手，探讨了卫星数字接收机的SPDIF的加装、DAC解码器以及耳机放大器的DIY制作。我们现在可以组成一套完整的卫星RADIO/TV的音频HI-FI系统了。图72是由DAC解码器和耳放、耳机组成的HI-FI耳机系统，它不但可以配合我们的卫星接收机，也可以用于接驳CD、DVD等播放设备。想象一下，一个人工作劳累之后泡上一杯龙井，欣赏一曲Lene Marlin的《A Place Nearby》，人就被融化在醇香的世界里了。
在卫星接收机的音频升级系列文章中，我们讨论了两种卫星接收机音频升级的方法，即机内型和机外型两种音频DAC摩机。两种方式各有特点，也各有不足。
机内型加装板体积小巧，价格便宜，以机器内部的MPEG-2输出的DATA（数据）、BCK（位时钟）和LRCK（左右声道同步时钟）的输出信号作为DAC解码板的输入。这种方法费用相对低廉，非常适合银两不足的烧友。
机外型的DAC解码器体积较大，设计比较规矩，DIY套件价格一般在300到1000元之间，以卫星接收机输出的光纤或同轴数字输出作为信号源，这就要求原机器必须有数字同轴输出或光纤输出，如果卫星接收机没有数字输出的话，加装数字输出也很容易，自制一块数字输出板的价格只有10元多一点。机外型DAC解码器是独立的配接电源和机壳，单独成为一个解码器，在应用过程中还是比机内型的要方便，可配合多台卫星接收机使用。由于是分体设计，即使在DAC芯片相同的情况下，性能也要比机内型要好一些。同时，机外型DAC解码器还可应用于家庭内其它影音设备，如CD Player、DVD Player等等，构成DIY的家庭影院系统。
可以这么说，卫星数字电视的接收，仅仅是“收到”和“看见”，已不能满足现代时尚的追求，我们追求的是更艳丽的画面、更悦耳的声音。然而仅靠着器材的升级更新，除了高额的经济付出，我们在欣赏之余是不是有一点不能承受之重的感觉呢？卫视发烧，有热衷于高挡、新功能卫视器材的，有沉醉于破解加密系统的，有挑战自我寻求更弱的信号、更多的卫星接收技术的。专业级、顶级卫视器材对于普通用户来说是有一点可望而不可及的奢望，光是见到价格就要晕倒，更谈不上做它的“皇帝”了。谈论这些"贵族"的东西不大现实，因为毕竟在大众群体中普及的还是中价位以下的民用级普及型器材。我们更感兴趣的是希望在自己的普及型器材上通过“摩机”，通过DIY一些必要的器材设备，在有限资金的投入下，得到更动听、更靓丽的音、视频收视效果。
注：文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
外置SPDIF DAC解码器
前面我们完成了卫星接收机的SPDIF接口的加装。如果你已经拥有SPDIF DAC解码器，或者你的家庭影院音响功放支持SPDIF 输入，那么你就可以坐下来享受你的DIY的成果了。但如果你还没有SPDIF设备的话，则还必须配置SPDIF DAC解码器组成Hi-Fi音响系统，才能通过卫星接收机的SPDIF输出欣赏到高音质的卫星电视伴音和卫星广播。
市场上SPDIF DAC解码器商品有单体的和内置在音响功放中的两种形式。通常价格在千余元至数干元不等，顶端极品的SPDIF DAC解码器能卖到几万元。
对于我们来讲，购入成品，虽然简单快捷，但也失去了DIY的乐趣和成就感。现在市场上有很多种SPDIF DAC解码器的DIY散装套件出售，价格也不是很贵，几百元就可买到，音频指标不见得低于商品机，甚至某些指标还高于商品机。而且这种散装套件，也方便我们自己更换部分元器件，得到不同的音效特色。这样又会增加不少的乐趣。因此，在多方比较几款SPDIF DAC解码器套件后，我购买了一套SPDIF CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器散装套件。
1、DAC解码器构成
简单来说，DAC解码器就是数字音频信号转换为模拟信号的解析转换设备。一部DAC音频解码器并不是单纯的仅由DAC芯片所构成，实际上为了达成数字信号转成模拟信号的目的，必须有一连串的信号准备、整理与转换过程。在数字讯号送到DAC芯片之前的电路，我们可以将它视为“为转换做准备”；而DAC芯片之后的电路，则可以视为“模拟输出调整”。通常称之为外置DAC解码器。外置DAC音频解码器的电路构架，基本上包含下述三个部分：
（1）SPDIF数字接收解调；
（2）DAC解码；
（3）LPF及缓冲输出。
●SPDIF数字接收解调
SPDIF数字接收解调分为接收和解调两部分。接收部分是把前级送来的SPDIF信号，通过接收转换电路变换为TTL电平，然后送至解调部分。家庭里常用的SPDIF接收方式有TOSLINK(光纤)、COAXIAL (同轴)等。通常同轴信号先输入到一个数字脉冲变压器再送入数字接收芯片（Digital Receive IC）再进行整形放大；光纤则通过光纤接收模块进行光电换能，输出TTL电平送至数字接收芯片。数字接收芯片对转换成TTL电平的SPDIF信号进行解调处理并通过锁相环(PLL)实现时钟恢复，还原输出BCK(位时钟)，DATA(数据)，LRCK(左右声道时钟)信号。解调电路最主要的指标是时基抖动(Jitter)，时基抖动越小越好。HI-END级的DAC解码器常采用两级PLL电路，第一PLL先对时钟信号进行恢复，并且将这个一次恢复时钟信号再送入第二个PLL中进行进一步的锁相处理，利用二次PLL最终对时钟信号进行精确恢复并对数据进行重整。两级PLL电路能提供比单级的PLL电路精度更高的时钟信号，可以有效地降低Jitter。目前带有PLL的解调芯片有美国CRYSTAL公司的CS8412、CS8414，日本的YAMAHA公司的YM3623，日本三菱的M65810等。
在此多说几句，为了大家易于理解，先确认对数字音频影响极大的一个概念：Jitter。所谓Jitter就是一种抖动，Jitter（抖动）的一般定义可以是“一个事件对其理想出现的短暂偏离”。在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号在时间上偏离其理想位置的短暂变动。根据产生原因，Jitter可分成两种主要类型：随机Jitter和确定性Jitter。对于数字音频系统而言，数字信号总是和一个参考时钟信号一起传送和处理，如本文探讨的数字音频传输格式：SPDIF，它在一个信号中同时传送数据和时钟。数字音频的时钟信号是一种方波（Square-Wave），并且在频率以及振幅上被进行了修正。如果信号传输所用的时间不相等，那么就产生了时基抖动，Jitter最明显的表象就是时基抖动。时基抖动引起基本频率在宽度上的散开。另外，无论是随机还是确定性的抖动的频率都将增加噪音，这些会直接反映在音频信号的信噪比（SNR）和失真度（THD+N）上。Jitter（时基误差）一词并不是数字音频系统所独有的，Jitter存在于任何数字电路系统上，在数字电路系统上，只要Jitter的“量”在可容忍的范围内，系统都可以正常运作。
●DAC解码
音频DAC解码部分，也就是音频信号的数模转换器。这部分是外置DAC的心脏。数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。目前常用的DAC按工作方式可分为两大类。一类是多比特DAC，另一类是1比特DAC。
最原始的DAC电路由以下几部分构成：参考电压源、求和运算放大器、权产生电路网络、移位寄存器和时钟基准产生电路。移位寄存器的作用是将输入的数字信号寄存在其输出端，当其进行转换时输入的数据变化不会引其输出的不稳定。时钟基准产生电路主要保证输入数字信号的相位特性在转换过程中不会混乱，时钟基准的抖动（jitter）会制造高频噪音。二进制数据的权系数产生，依靠的是电阻，数据长度有多少位，电阻相应就得有多少个。如输入的数据格式是16bit,即16位数据长度，所以要采用16只权系数电阻，对应16位中的每一位。参考电压源依次经过每个权电阻的电流和输入数据每位的电流进行加权求和即可得出模拟信号。这就是多比特DAC。多比特是通过内部精密的电阻网络进行电流求和，并最终转换为模拟信号，好处是具有高的动态跟随能力和高的动态范围，但是电阻的精度决定了多比特转换器的精度，即便是理想的电阻，其热噪音形成的阻值波动都会影响转换精度。多比特系统目前广泛采用的是R-2R梯形电阻网络，是建立一组由阻值是R和2R的电阻所构成的梯形转换网路，每阶T网络对应转换数据的每一位，有相同数量的模拟开关切换梯形转换网路的接入或断开，参考电压源经过受控于输入数据切换的R-2R梯形电阻网络，其电流即为模拟信号。由于构成R-2R梯形电阻网络的电阻阻值仅有R和2R两种，制造难度较之权电流相加法DAC制造难度有所降低，但即便如此，使用理想状态的电阻达到的转换精度也不会达到24bits,目前23bits转换精度已经是现代技术所能达到的极限。多比特系统的优点是转换的精确度高、转换速度快、动态大等等，所以目前几乎所有的高价位音响系统都仍然采用多Bit的数字/模拟转换芯片。多Bit的数字/模拟转换芯片，由于片内电阻的精度及误差要求很高，所以制造成本很高，芯片售价自然也不便宜。
单比特的原理：依靠数学运算的方法在数字音频的脉冲代码信号（PCM）中插入过取样点，这些插入的取样点与原信号通过积分电路进行比较，数值大的就定为1，数值小的就定为0，原先的PCM信号就变成了只有1和0的数据流，1代表数据流较密集，0代表数据流较稀疏，这就是脉冲密度调制信号（PDM），脉冲密度调制信号经过一个开关电容网络构成的低通滤波器，1就转换为高电压信号，0就转换为低电压信号，然后通过级联积分，最终转换为模拟信号。插入取样信号会制造出许多高频噪音，所以还要经过一个噪音整形电路处理，将这些噪音推移到人耳听不到的频域。1bit的优点在于转换精度不受制于电阻，转换精度可以超过24bits，成本也低，但是设计过取样和噪音整形的电路难度很大。因为电阻在精密程度和热噪音上对音质影响相对小些，而1比特的电容和积分电路对音质影响则相对大些。对于数字音频的数据格式，单从声音素质上应该说多比特优于1比特，多比特对数字音频信号直接进行转换，而单比特还要经过一个PCM信号转换为PDM信号的过程，还要经过开关电容的充放电过程，虽然从理论上来说，最终得到模拟信号的速度和多比特相比不会慢到可以比较的程度，但是实际听感上，单比特不如多比特听起来更有活力，单比特似乎要慢一点，中频厚一点，音色相对厚重一些。
1bit始创于飞利浦，分为三派，一派是以飞利浦为代表的比特流Bitsream；一派是以松下为代表的MASH；还有一派就是今天非常流行的Delta-Sigma。
今天Delta-sigma 1bit非常流行，在此，简单介绍一下Delta-sigma 原理。Delta-sigma包括两部分电路，一部分是Delta电路，它将量化后的信号与初始信号进行比较求差，这些插值信号接下来进入Sigma电路，此电路将这些插值信号进行误差求和，然后与量化前的信号相迭加。然后再进行量化。通常采用飞利浦开发的动态元素配对（DEM）量化技术，此种量化包含一个极高精度的电流源和多个1/2镜像电流源，由于集成电路最擅长镜像电流源电路，所以对元器件精度的要求可以降低，提高了性价比。量化以后的信号通过开关电容网络转换为模拟信号。需要指出并非所有的Delta-sigma 转换都是单比特。Delta-sigma的优势在于它的高性价比，从而在中低档数字音源市场上非常流行。即便是那些坚持采用多比特的厂家，中低价位的DAC也多采用Delta-sigma。
●LPF及缓冲输出
LPF及缓冲输出部分，大致分为电流电压转换(I/V)、低通滤波器(LPF)、缓冲输出几部分构成。数字音频PCM数据流在进入DAC转换芯片之后就会在芯片内产生一连串对应于原模拟信号的电流脉冲。这些电流脉冲必须再经过一个转换的电路将其转换为电压信号，才能够被完整的还原成模拟信号，才能进入下一级电路进行处理。这一个转换电路就称之为电流电压转换(I/V)电路。在一般的DAC转换器之中大多是以运算放大器（Operational Amp，也就是俗称的OP Amp）来完成。但是也有采用最原始的方法，就是将电流通过一个电阻，电流在电阻上形成压降，就完成了电流电压转换。数字音频PCM数据流在经过DAC转换之后，其模拟电压信号必须通过一个含有特定斜率（Slope）的滤波器将DAC输出的模拟音频信号中残存的高频噪声予与滤除，只留下我们所需的讯号，否则这些衍生而出的高频频率会干扰了正常的模拟信号品质。低通滤波器(LPF)有电感滤波器、RC滤波器等无源低通滤波器和由运放组成的有源低通滤波器，其中有性能最好的是有源GIC型低通滤波器。缓冲电路作用是提高DAC解码器输出能力，匹配DAC解码器与功率放大器的阻抗，对音质的影响也非常关键。
DAC解码器的电源系统设计也是获得高音质的关键，目前比较好的DAC解码器都是对数字和模拟两部分独立供电，防止数字杂波对模拟部分的干扰。
2、NOS DAC解码器浅析
前面我们谈过，数/模转换是DAC解码器的心脏，而数/模转换芯片以及它的工作方式也就决定了DAC解码器的特性。
NOS DAC意为非超取样方式(Non Over-Sampling)的解码器，即无数字滤波的解码器。
与非超取样方式相对应的是超取样方式。那么，什么是超取样方式呢？超取样（Over-Sampling）是目前普遍在CD播放机中采用的一种技术，目的是提高放音质量。CD碟片上的数据信号被读出后，通过DSP电路的插值处理，将44.1kHz的标准取样率提升一倍到数倍，这就是超取样。为什么要超取样呢？这涉及到DAC转换之后的噪声滤除问题。数字信号经过DAC转换之后，会在音频频带以外的高端产生一个镜象频带，这是一种噪声，必须用低通滤波器滤除，否则经过非线性器件后会折回到音频频带内，对放音效果产生很大的破坏。该镜像噪声频带的位置和取样频率有关，频率越高，镜像频带就离音频频带越远。对于标准取样频率来说，必须用衰减十分陡峭的滤波器才能滤掉靠近音频频带的镜像噪声。但衰减陡峭的滤波器很难设计，相位失真很大，难免会影响到音频频带的高端部分，使音质下降，这就是早期的CD机数码味比较重的重要原因。如果采用超取样，就可以把镜像噪声推到远离音频频带的位置，这时只需要衰减平缓的低通滤波器就行了，设计难度大大降低，相位特性得以改善，使放音质量获得显著的改善。
事实上，NOS DAC并非什么新技术，在CD发展的初期就已使用，属于一种被时代主流淘汰的技术。但NOS DAC近年却在音响DIY界重新崛起。为什么NOS技术今天又在DIY界中复兴呢？除了制作、听感的因素外，其中必有缘由。
只找到一些不多的资料，将其中关于NOS DAC在原理上的优势摘要简述如下：
（1）NOS比OS（Over-Sampling）具有更强的Jitter免疫力。以声音的能量（幅值与时间的积分）来考察NOS的16bit非超取样与OS的20bit 8X超取样的情形，从计算可以得出，当出现1/2 LSB差错时，NOS允许的JITTER是173PS，OS允许的JITTER是1.35PS，因此，NOS比OS具有Jitter免疫力上的优势。与此同时，这个1.73PS的JITTER指标是一个极高的指标要求，事实上在目前的技术条件下是不可能在实际中实现的，因此，OS的指标要大打折扣。也就是说，超取样并不能获得理论上的精度。
（2）OS在插值运算上不可避免出现差错是最常见的FIR数字滤波，它是将原有的数据移位并覆盖，当乘以一个系数去覆盖原有数据时，会在16Bit以下出现新的信息，并且为了覆盖这个新的信息，需要使用更高Bit来处理。例如，高性能的数字滤波芯片SM5842，这个处理是由32Bit进行，以20Bit作滤波器输出，在这个重新量化过程中，会产生更多的差错。最近，这个问题通过滤波器与8倍超取样同时进行而得到缓解，但即便是这样，仍无法避免差错的出现。
因此，如果把所有这些差错全部计算在内，NOS的16bit比8倍OS的20bit的精度要高。也就是NOS能够“起死回生”的理论原因吧。
为什么当年NOS技术没能存活下来呢？或许我们可以这样去猜想当中的原因：
（1）厂家由于商业利益而对OS技术的大力推动，再加上NOS技术那难看的指标，失去存在的基础，使其被人抛弃；
（2）那时候人们对“数码味”并不反感，反而觉得新鲜，就像当年声音生硬的晶体管机胜出真空电子管（胆管）机一样；
（3）高品质的DAC芯片在NOS技术时期没有出现；
（4）当年没有认识到数码音响中Jitter对音质的影响，因而未能“发现”NOS DAC的优势。
NOS DAC工作于CD的标准格式即一倍取样频率（Fs=44.1KHz）、16bit之下，在电路结构上，这种解码器省去数字滤波器芯片，减少了器件数量，大大降低了制作成本和制作难度，而且由于具有天然的Jitter免疫优势，从而减轻了对PCB布局走线及其它细节的要求，很容易就能获得自然真实的声底和良好的声音品质。因此，近几年得到了大量外国音响DIYer的喜爱，在国外著名的DIY Audio论坛上也出现了NOS DAC制作的主流。但是，采用NOS方式必须选择恰当的低通滤波器（LPF）电路，才能得到理想的效果。
3、CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器主要器件
CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器套件的接收芯片采用了CRYSTAL公司的CS8414。DAC转换芯片使用了PHILIPS的TDA1543。
SPDIF数字信号，先进入数字信号输入转换电路。CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器输入接口是同轴（COAXIAL） 及光纤（ OPTICAL），使用COAXIAL 时，SPDIF先进入一只数字脉冲变压器再耦合到CS8414作RS-485/TTL 转换；在使用OPTICAL时，SPDIF被耦合到光纤接收模块作TTL转换，再进入CS8414。Crystal半导体公司制造的CS8414芯片作数字信号接收，将SPDIF信号解调出三个信号，分别为时钟（CLK）信号、左右声音识别（LRCLK）、数据（DATA）信号，然后送入四片并联的PHILIPS半导体公司制造的TDA1543 16Bit DAC作D/A转换，TDA1543是电流输出式DAC芯片。LPF及缓冲级由OPA604AP构成。图44是它的电原理图，图45是结构方框图。
同轴输入为什么要使用变压器耦合？理由很简单，就是要隔离，数字脉冲变压器在解码器上的使用是为了隔绝一些环路上的干扰。它可以有效隔绝直流、可以有效阻绝共模噪声，让输入信号与输出信号之间，透过磁耦合的方式“隔空交连”，不让输入与输出信号之间有任何直接的“碰触”。ST-85162是一颗数字脉冲变压器，这颗数字脉冲变压器性能优异，许多高档DAC解码器中均有采用，见图46。如果找不到数字脉冲变压器，也可以使用报废电脑网卡上的网络传输数字变压器代用。另一种不使用变压器的作法，就是通过0.01μF的电容来耦合。使用电容耦合虽然依旧有效隔离了前端的直流（对直流来说，电容的阻抗几乎无限大，无法通过，但却可以让交流信号通过），但很多高频噪声还是可以从电容中通过，可能会影响CS8414工作的稳定，影响解码器输出音质。图47是使用或不使用数字脉冲变压器时的CS8414平衡输入接法。
一般来说，在SPDIF数字信号同轴输入端使用数字脉冲变压器的DAC，背景会比不使用的DAC更宁静。
光纤接收模块采用的是TOSHIBA生产的TORX178B。它的外形与光纤发射模块TOTX176完全相同，也是有三只引脚，分别是OUTPUT、GND和VCC。工作电压5V。在使用TORX178B时，在其VCC和GND两脚间应接入一只容量100nF的退耦电容，防止其在光电转换时的噪声。
SPDIF数字接收芯片为Crystal的 CS8414，其英文名为Digital Audio Interface Receiver。它支持24bit/96KHz的数码解调，时基抖动小于200ps，具有抗时钟抖动的出色性能，被广泛应用于高级解码器和专业设备中。图49为CS8414的外观，图50和图51为CS8414的内部框图和引脚图。
CS8414 是单片CMOS 器件，工作电压5V。支持AES/EBU、IEC958、S/PDIF 和EIAJ CP-340 数据标准，接收音频数据并对其进行解码。CS8414内置有一个RS422收信接口，一个用于时钟恢复、同步以及分离音频和数据的锁相环（PLL）。它最高支持96kHz采样率，音频数据通过一组可设置输出数据格式的音频数据串行口输出，分别输出SCK（位时钟），FSYNC（帧时钟，也称左右声道时钟）和SDATA（串行数据）。可输出14 种音频数据格式。输出数据格式由CS8414的M0、M、M2和M3来设置。M3 用于选择8种普通格式（M3=0时）和6种特殊格式（M3=1时），表6和表7为普通和特殊两种输出数据格式的设定。
CS8414的RS422接口可接收差动或单端输入信号。RS422接口由一个回差电压为50mV的施密特触发器组成。施密特触发器的回差电压可抑制噪声信号对相位检测器的影响，保证其工作稳定。
CS8414芯片最基本的功能是从一个数字音频传送线路上恢复音频数据和低抖动时钟。产生的时钟是MCK(256×FS)、SCK(64×FS)和FSYNC(FS或2×FS)。MCK由PLL 电路的压控振荡器（VCO）输出，PLL由相位和频率检测器、回路滤波器和一个压控振荡器组成。回路滤波器需要外接一个电阻和电容，PLL的所有其它组成器件都内置在CS8414芯片内。相位和频率检测器用来使PLL锁定接收到的数据流和阻止错误锁定的出现。当PLL没有锁定接收到的数据流时，频率检测器则降低VCO的频率到PLL锁定范围内。当没有数字音频数据时，VCO频率被降到最低。
CS8414芯片内有一个频率比较器，可以将接收到的数据中的取样时钟频率和一个外部提供的从FCK脚输入的6.144MHz的时钟进行比较。得到接收数据中的取样频率信息，该频率信息在F2、F1 和F0三个输出脚进行编码输出，编码逻辑及对应频率信息如表8所示。此编码可用一个TTL逻辑电路的3-8译码器（如74HC238）译码，供显示接收数据的采样频率信息。
CS8414的时钟工作模式可设定为主（Master ）和从（Slave）模式。在M3=0时，其主/从模式由M0电平设定。在主（Master ）模式，SCK (位时钟)和FSYNC (左右声道时钟)信号由输入的SPDIF信号锁相解调产生；在从（Slave）模式，两时钟信号由外部的时钟振荡器产生并同时送入CS4814和DAC，可降低时钟信号的JITTER。工作模式的选择透过板上数位开关设定CS8414的M0脚电平完成。这样我们可以利用Slave模式让外部的时钟振荡器经过分频产生CS8414与TDA1543所需要的工作时钟。时钟振荡器使用高于LRCK频率 256倍的OSC可以有效降低时钟失真使声音听来更顺耳好听，更可以升级成顶级的TXCO振荡器，使时钟JITTER进一步降低。
图52为外时钟振荡器，图53为外时钟振荡器电原理图。时钟振荡器也就是我们一般所说的Oscillator，振荡器频率11.2896MHz，并经74HC4040分频产生44.1KHz的FSYNC（LRCK）和2.8224MHz的SCK（ BCK）两个时钟信号。74HC4040是一颗12 位二进制计数器，可以分频出我们所需要的频率。将这两个频率分别送进CS8414以及TDA1543就可以让DAC正常的工作了。整个振荡分频小电路板用橡胶圈悬挂在DAC解码器电路板上，时钟电路板使用柔性导钱与主板连接。这种柔性悬挂方式可以减小外部的机械振动对振荡器的影响。
对DAC解码器来说，最重要的芯片恐怕就是DAC芯片了。它将数字信号转化为模拟信号，从某种意义上说它相当于合并式放大器的数字前级。众所周知，前级放大器决定了音响系统信噪比和动态范围，因此DAC芯片的地位非常重要（大多数厂家对DAC芯片也很重视，通常都会在产品介绍和广告中着重提到它）。
DAC选用菲利浦公司的TDA1543。该集成电路为DIP8脚封装，TDA1543所支持的输入数据格式是I2S 16Bits，工作电源电压为3～8V，电压应用范围很宽。在高工作电压条件下应用，可提高音频的动态范围。在电路中TDA1543工作电压为8V。TDA1543 是Philips 生产的一粒很古老的R-2R多Bits电流输出型DAC，虽然结构简单，但音色却令人惊讶，虽然音乐的细节没有其它高挡的 DAC 那么清晰及通透，高频亦不太清晰动人，但低音的伸展却很好，人声温暖，总体听起来感觉有点像加了Tube 输出那样。图54 和图55分别是TDA1543内部框图和TDA1543引脚图。
TDA1543采用四颗并联的设计，即四颗TDA1543的输入、输出全部分别并联。见图56。四颗TDA1543并联使用可以增加输出电流量，并且增加输出音频信号的动态，对声音的表现很有好处。TDA1543的VREF脚到地所接电阻决定TDA1543输出电流的大小，改变这个电阻，能改变DAC输出的音频信号幅度。在TDA1543并联应用时，TDA1543的发热量大大增加，为保证TDA1543的安全运行，必须给其安装上散热片。图56中四颗TDA1543周边的四个孔是固定TDA1543散热片的。
CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器的I/V转换采取在四颗TDA1543并联的R、L模拟输出脚上分别接上一只680Ω的电阻到地，DAC的输出电流在电阻上的电压降成为音频信号电压。
低通滤波器采用契比雪夫（Chebyshev）滤波器，契比雪夫滤波器（Chebyshev）具有过渡带最窄，即通带外衰减速度最快、频响曲线最为陡峭的特性。
在低通滤波电路的后面是缓冲电路 (Buffer)，这个部分主要是作阻抗转换以及隔离的作用，阻抗转换部分主要是使整个电路有较低的输出阻抗，另外就是可以有大一点的输出电流，至于隔离的部分主要是利用缓冲电路将下一级的负载跟分相电路隔开，不让下一级的负载影响到缓冲电路之前低通滤波的工作。
由于每种运放都有其独特的音色魅力，因此运放的选择就是DIY过程中极富个性化的一个环节。LPF输出缓冲采用OPA604AP运算放大器，OPA604AP是BB公司生产的低失真、低噪声、高速率的宽带单路运算放大器。这个运算放大器拥有超低噪声的特点，许多Hi-End欧美名机采用OPA604AP担任低通滤波与缓冲。另一个特点是，这只OP可以承受高达正负24V的工作电压，如果提高OPA604AP的工作电压，亦可提供更大的信号动态范围。图57是OPA604AP的引脚，图58是OPA604AP的实物照片。
为了得到较好DAC解码器性能指标，电源也是非常关键的部分。电源部分电路总共有六组稳压直流电源输出，分别为提供给CS8414的+5V两组、11.2896MHz晶体振荡及分频器的+5V一组、TDA1543的+8V一组、LPF输出缓冲的+15V及-15V各一组。以DAC解码器的设计来说，这算是比较奢华的设计。并且在电路板布线（PCB LAYOUT）时加入了一些特定的处理。比如：地线根据电路模块分块处理，大面积的PCB覆铜来降低对于外界的EMI干扰，而在各电路模块之间，根据信号电流的回路方向在单点进行地线连接。在关键的电源布线点设置对于高频呈高链波电流的电容进行电源退藕等等。从而，有效的降低了整机数字模块之间的EMI干扰，把数字信号的抖动降低到非常小的程度。
电源稳压用的IC，是美国国家半导体公司（NS）的LM317以及LM337，千万别低估这类的稳压IC，其实只要经过细心的PCB Layout，都会有相当不错的表现，当然，如果想要更进一步提升，也可以将LM317/LM337更换成更高档的LT1085/LT1033。
4、CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器装配
接下来就是焊接元件了。对照电路图及PCB板标号将元器件逐个焊上，先焊电阻等高度低的元件，最后焊电解电容和IC。
焊接CS8414的时候要把烙铁接地或拔掉烙铁电源,同时在焊接的时候不要使CS8414过热,焊接的时候尽量速度加快，因为过热和静电都会损坏CS8414。元件在焊接前要用万用表检测一下数值和好坏，这样以后可以减少很多麻烦。焊好的零件多余的引脚线用斜嘴钳把它剪掉。在焊接过程中一定要注意两点：一点是零件不要插错地方，另一点是不要有虚焊和连焊（把相邻的并不相连的焊点焊到一块）。
通电前不要插上TDA１５４３和ＯＰＡ６０４，调节各个三端稳压器的调压多圈电位器至合适的输出电压：晶振和CS8414为5V；TDA1543为8V；OPA604为正负15V。正常后再上TDA１５４３和ＯＰＡ６０４，安装ＩＣ后测量以上电压！确定正常就可以试音啦！将板上数位开关全部设为ON，设定CS8414为从模式工作状态，使用外晶振时钟。
装配完成的DAC电路板见图59和图60。最后插上TDA1543及ＯＰＡ６０４，并装上DAC散热片。在安装DAC散热片时，在四颗DAC表面涂上少量导热硅脂，降低TDA1543散热热阻。
DAC解码器的机箱，购于HIFIDIY。机箱为全铝构造,表面拉丝氧化处理,面板厚度5mm，见图61。
图62和图63是装配完成的CS8414+TDA1543 NOS DAC解码器，面板有两个LED指示灯，分别是电源和信号锁定指示。通过几天的调整，实际试机测试，慢慢感觉到它的魅力：高频滑顺，中低频相当厚实，低频有力，很有LP的味道，音乐听来非常连续、流畅，没有中断感，整体音色偏淡黄色。尤其听人声的时侯更是其它DAC所没有的味道，少了刺激性却多了韵味。有可能是输出动态大的关系，因此声音密度很高细节很多，非常顺耳好听。整体来说，这是一套音乐性非常高，又有特殊风味的DAC，非常值得拥有。
工作中DAC要发热，用手触摸它会感到稍微有点烫手，不用担心，放心用吧。其实解码器的制作并不难，甚至比制作胆机要容易许多。
如果感觉到自已装配DAC解码器太复杂，又不想化费太多的费用购买成品DAC解码器，也可以选购一些成品简易型DAC解码器电路板，一般这样的DAC解码器价格约100元左右。图64所示就是一款简易型DAC解码器，接收芯片采用了CS8414，DAC转换芯片使用CS4334。输入方式有同轴、光纤和TTL三种。其中TTL输入是连接电脑光驱上的SPDIF输出的。一般购回后找个机壳装入，接上一个9～12V的直流电源就可以工作。
耳机放大器
为了更好地欣赏音乐，许多乐迷和发烧友梦寐以求一套能较为完美地重放音乐的高级音响系统。一个完整的音响系统由音源、放大器和电声换能器组成。 顾名思义，音源就是声音的源头，没有音源，用音响系统还原声音也就无从谈起。从广义的概念来看，音源有两层含义，一是指记录声音的载体，只有先把声音记录在某种载体上，才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来，这些载体是音响系统中声音的来源，所以称为音源。常见的音源载体有CD（小型激光唱片）、TAPE（磁带）、LP（密纹唱片）等。音源的另一层含义，是指播放音源载体的设备。对于本文所讨论的内容而言，数字卫星接收机或者是数字卫星接收机+SPDIF DAC解码器也算是音源。有了优质的音源，但没有性能良好的放大器和电声换能器，也不能完美地欣赏高音质的声音。放大器和电声换能器常常就是指音响功放和音箱。可是，优质的Ｈｉ－Ｆｉ功放、音箱身价不菲，而且要想完美地搭配并不容易：首先，要备齐音源、放大器和音箱，以及相关的连接线（信号线和喇叭线）。然后，必须有一套不小于１０平方米、形状较为规整的听音室，室内最好没有大型家具阻隔，防止回声混响的音染。假如房间条件不理想，或由于家具摆设的限制，不能将喇叭摆放在合适的位置，那么即使音响再高级，重放的效果也会大打折扣，甚至不如一般的音响系统。那么，假如一个音乐爱好者没有合适的房间条件，而且只想花有限的金钱，又要得到最充分的音乐欣赏效果，应该如何组建自己的Ｈｉ－Ｆｉ系统呢？
我的建议，采用耳机系统！实际上，耳机系统是最适合的解决方案。同音箱一样，耳机也是电声换能器，但耳机的价格就要比音箱的价格低很多，所以有一种说法：耳机是穷人享受Hi-Fi的劳氏莱斯！当然，这话可能有点夸张。但从投资金额上看，买一副最优质的耳机，见图65，只需花买一对优质喇叭化费的１０％到２０％。耳机系统与音箱系统相比，在更小的投入中往往有更大的乐趣。
耳机是一种历史悠久的电声转换器材。现代Hi-Fi耳机经过了半个多世纪的历练，吸收了电声学的精华，应用了大量新技术与新材料，其电声性能、重放的效果几乎达到了完美的程度。耳机的发声单元只有一个，不需要较大的驱动功率，通常不超过0.2W，最高挡次的耳机驱动功率也小于1W。而且频响范围可达20Hz-20KHz以上，全频带内不存在相位失真。失真度也极小，通常的Hi-Fi耳机的失真度均小于1%，甚至达到0.1%。这些优异的技术参数都是音箱难以比拟的。音箱要想达到近似的参数，通常要使用224个发声单元，同时还必须配合适当的分频电路，这使得声箱在较宽的放音频带内很难做到相位一致，同时各发声单元之间的相互干扰也是一个不易解决的难题。用耳机聆听音乐时，能够消除空间环境的声场干涉，从而大大提高了音响系统的分析力和声道的分离度，这样就能够更加准确地还原录音师对各种音源、乐器所进行的立体声方位处理，把一个乐队通过准确的声场再现出来，使你感到乐队如同在你面前演奏一般。
耳机是个大家族，也有很多种分类的方法。耳机从外观区分，有头戴式和耳塞式；从换能原理（Transducer）上区分，主要是动圈（Dynamic）和静电（Electrostatic）耳机两大类；按开放程度分，主要是开放式、半开放式、封闭式（密闭式）；按用途分，主要是家用（Home）、便携（Portable）、监听（Monitor）、混音（Mix），还有从耳机阻抗上分，有高阻、低阻等等。有时为了准确地定位一副耳机，需要几种分类方式交叉说明，才能准确地表达耳机的特点。
耳机是电声换能器，需要输入一定的电能才能转换出声能。实际上，如果仅从声音的可闻性来看很多耳机是无需放大器的,在卫星数字接收机或DAC解码器的音频输出端直接推动耳机，也许能听到声音。但是从声音的音响性来度量，此时你可能会觉得有诸如声音发闷,放不开,干薄、发虚等等的毛病，只能暂时满足听"响"的要求。如果接上耳机放大器，频率响应都会有不同程度的改善!你会感觉到高音或低音变好了！这是由于耳机的振膜,在推动功率不足的情况下，耳机的发音单元不能有效跟随迅速变化的信号电流。由于各类型耳机发音单元特性的不同，在驱动功率不足情况下，要么出现低频响应不足，要么出现高频甚至全频响应不足的现象。因此,要想在耳机特性确定的情况下充分发挥耳机的电声指标优势,得到更宽频带的声音,一台耳机放大器是必需的。强调一点：耳放的作用绝对不是“提高音质”，而是让耳机在充分的驱动下表现其真正的声音本色。当然，如果使用的音源输出质量不高，在这样的前提下，耳放的作用会被明显减弱，音源不上档次无论上再高挡的耳放总体效果不会上个台阶。
在耳机系统中，音源与耳机之间加入一个耳机放大器的环节，可以改善音质、调整系统的音色走向，这已经在耳机发烧友中形成共识。特别是千元以上较为高档的耳机，使用耳机放大器后音质改善是明显可闻的。资深的发烧友都明白耳机放大器的重要作用,都会给自己的耳机系统配置性能良好的耳机放大器。由于不同耳机性能差异较大，针对某一种或者几种耳机需要设计专门的耳机放大器。耳机放大器的功能、结构都与普通的音箱功放相似，但是耳机有它不同于音箱的特点，所以耳机放大器在设计上也有着自己特殊的要求。
1、HEF200耳机放大器构成
耳机放大器，英文叫“Headphone Amplifier”。耳机放大器实质上是一台具有优越性能的小功率的功放。由耳机的特性决定，耳机放大器的电路设计、制造工艺、元器件以至线材的选用等方面都有较高的要求，而决不是CD机、随身听中的耳机放大电路的“分体独立”化。耳机放大器的设计制作类似于HI-FI系统的前级放大器（很多耳机放大器可当作前级来使用），对信噪比、失真等指标要求很高，稍有不慎，用耳机很容易听出噪音或失真。耳机放大器与驱动音箱的功放一样也有晶体管和电子管之分，业内称为石机和胆机。从使用的元器件及电路上主要分为集成电路耳机放大器、晶体管耳机放大器、电子管耳机放大器和晶体管、电子管混合（胆石混合）耳机放大器等。而且不同结构的耳放具有不同的声音风格和特点，很值得耳机和音乐爱好者们玩味。然而，由于耳机放大器的市场需求不是很大，产量通常较小，故售价普遍偏高，进口货中最便宜的也不低于2000元，而且品种又少，很难满足我们的需要。所以在“ＤＩＹ”风日盛的今天，“ＤＩＹ耳放”也应成为一种时尚。
同样，在市场上也有很多款DIY耳机放大器散装套件可以选择，笔者选购了一款“HEF200经典双差分甲类耳机放大器”散装核心套件，包含了PCB板、三极管、稳压IC等主要零件，阻容元件需自己配齐。该机采用全晶体管分立元件，电路采用成熟的双差动放大模式；共模抑制比很好、工作稳定。输入管采用结型低噪声孪生场效应管(NPD5564)，听感好、噪声低；全部晶体三极管除未级外只须同极性配对，配对难度不大。PCB板上有整流滤波电路，及专用的喇叭保护IC组成的耳机保护电路，可确保耳机的安全。是一款比较适合烧友们DIY的耳机放大器散装套件。该机适合大多数的中低阻耳机，甚至600欧的耳机也有不错的表现（需要修改部分阻容参数及未级静态电流），同时也可当作HI-FI系统的前级放大器使用。
采用晶体管等分立元件来制作耳机放大器与集成电路相比具有更大的灵活性、趣味性和诱惑力。分立元件好似"积木"，可根据你的设计搭建成各种不同类型的电路，许许多多电子爱好者为之乐此不疲。“晶体管声”也是一种有“魅力”的声音。
这台晶体管耳放共使用20只三极管、4只场效应管、2只三端稳压IC、2对孪生型场效应管、2只桥式整流器和1只喇叭专用保护IC。图66是它的电原理图，图中只画有一个声道，另一声道与此完全相同。
从电路结构上讲它是一个全对称的OCL放大器。全对称是指从差动输入级、到激励级、功率放大级等各部分都是互补对称的电路形式。这是一种比较完善的优良放大器， 它发挥了两种互补类型晶体管互补工作的特点，使电路的工作更加稳定、保真度更高。并且采用了扬声器专用保护电路，检测末级中点电位，在开关机时不会对耳机形成电流冲击，开机时显的格外宁静。输出级晶体管工作于甲类(Class A)状态，彻底消除了交越失真和开关失真，实际听音有点“甜润”的感觉。
现在我们来看看实际线路。原理图中一对孪生的NPD5564构成N沟道场效应管差动输入放大，进行正负半周对称互补放大。该级采用晶体管和场效应管组成共源共基差分电路，该电路高频特性好，电路稳定，噪声低，加入场效应管使听感接近电子管的特性。差动放大可以有效的抑制零点漂移，在高质量的放大器中常被使用。采用孪生场效应管的好处在于管子的对称性好，省略了繁重复杂的配对工作。场效应管在大电流工作的情况下，能承受大动态的输入信号而一直保持在甲类工作状态，并且不会由于工作电流的增大而增加噪声。本级的静态电流大约为每管9mA左右，两只NPN三极管VQ35和VQ35构成输入差动级的恒流源。
输入差动级放大后的信号分别输送到由VQ41、VQ33、VQ45、VQ40和VQ30组成的单端推挽放大器作激励电压放大。
激励放大级放大后的激励信号送到输出功率放大级，输出级采用音质醇厚细腻的K214/J77做输出级，这是本机声音醇厚的主要来源。此管的工作电流的设置与其性能的发挥和音色的优劣关系很大，将此管的工作电流设置在80mA～140mA之间，使整机的效率和音质有一个最佳的平衡点。在电路中采用了漏极输出的组态。经过互补推挽功率放大后输出驱动耳机发声。
R130为负反馈电阻，它的阻值大小直接影响耳放的增益。R130的阻值为47K，阻值越大负反馈量越小增益越大，反之亦然。在电阻R1上没有并连反馈电容，这样可减小放大器的瞬态失真。
C49、R105是RC负载阻抗补偿网路。由于耳机属于电感性负载，在频率高时感抗会增大，此时C13的容抗却会降低，从而使负载总体阻抗在整个音频频谱范围内趋于一致，有利于放大器的稳定工作。
耳机放声系统与音箱相比有很大不同，耳机的阻抗范围很宽，一般在32欧姆到600欧姆之间。它的振膜质量很小，自由振动形成的感生反电势不大，不需要放大器有很小的内阻加强阻尼。而且如果放大器内阻过小，当负载阻抗变化较大时会引起放大器性能的变化，也使输出的功率差异太大。所以在输出端加串了11欧姆电阻来均衡这种情况。这样你在插拔耳机时也不用担心输出端短路了。
具有先进可靠的耳机保护电路，具有零点飘移、开机延时、关机静噪等功能。保护电路的控制芯片为HA1237，这是目前较为流行、应用广泛，性能稳定的保护控制电路。μPC1237在电源接通后μPC1237会检测两通道输出中点电位，如果两通道中点电位低于10mV，则在约5～6秒后, μPC1237开启继电器，连接耳机与耳放输出级的继电器触点闭合。防止耳机放大器开机时对耳机的冲击，或输出级故障而烧毁耳机。
2、HEF200耳机放大器装调
将元器件和逐个焊接安装在电路板上。要先焊高度低的元件，再焊高度高的元件，最后焊上场效应管及电解电容器。由于未级是甲类放大电路，工作时管子功耗很大，所以大功率管和三端稳压器在安装散热器时要涂抹适量的导热硅脂并紧固好散热器螺丝。全部零件焊完后，应仔细查对有没有零件装错及焊接的假焊、锡桥等等情况。一切无误后，准备通电调试耳机放大器！图67和图68是焊装完成后的HEF200耳机放大器电路板。
再好的线路，再好的工艺，如果最后调整的不好亦然发挥不了应有的水准，测试调整应有一定的步骤和方法，这才能达到事半功倍的效果。
接好变压器的引线，最后再仔细的检查一遍就可以开始电源部分的调整了。调整LM317和LM337的调压电位器R87、R94至正负15V电压相等，正负电源的误差要小于10mv就行了。
最后统调只有中心点零电位调整和末级静态电流调整两项。
接通电源，调节精密可调电阻VR7，使输出级中点到地的电位最接近0V，笔者制作的耳放，输出中点都可以控制在10mV以内。这个电位一定要尽可能接近0V，否则输出继电器可能不能闭合。
调节电阻VR5，使输出级的静态电流在80～140mA之间，这个电流可以通过测量电阻R113或者R109两端的电压来换算出来，即电阻两端的电压为：0.88V～1.54V，时0.88V～1.54V /11Ω=80～140mA。实践证明，电流小了音质清纯一些，电流大了音质要厚重一些，可以根据个人的喜好进行调节。
另一声道同样调节VR8和VR6，使中心点零电位调整至0V和末级静态电流在80～140mA之间。
现在可以插上音源和耳机开机试声了，最好还是先用个廉价耳机，一切觉得正常了再换上好耳机。就这样用试运行几天，等“煲”熟了再装机箱。
音量电位器选用ALPS 27型 50KΩ双联电位器，见图69。电源变压器使用双18V/50W环型变压器。
大家知道，在音响领域，耦合电容也影响着放大器的声音特色，不同品牌、不同类型的电容各有特色。刚开始我在耳放输入的耦合电容焊上的是2.2uF德国WIMA电容（图67和图68中带△的方形电容），开始校音时，可能是由于耳机的原因，感觉音色偏冷。后来换了几种电容，最后确定换上4.7μF RIFA电容（图70中带△的方形电容），RIFA电容是一个瑞典生产的老牌电容, 广泛应用在众多欧美名机中，特点是音色通透，人声带着一点甜味，齿音较明显，对高频穿透力极强。
耳机放大器机箱选购了Hifidiy的耳放专用机箱，尺寸220×70×300 mm。整个机箱为全铝构造,表面拉丝氧化处理。图70和图71为安装完成后的HEF200耳机放大器。
这台晶体管耳放十分经典规范，可圈可点之处甚多，实际表现相当不俗。高端清丽不噪、中频通透柔顺、低音厚而不肥，动态十足、推力强劲、适应性广，很值得DIY们上一台把玩把玩!
写在最后的话
在本文中，我们从卫星数字接收机的SPDIF入手，探讨了卫星数字接收机的SPDIF的加装、DAC解码器以及耳机放大器的DIY制作。我们现在可以组成一套完整的卫星RADIO/TV的音频HI-FI系统了。图72是由DAC解码器和耳放、耳机组成的HI-FI耳机系统，它不但可以配合我们的卫星接收机，也可以用于接驳CD、DVD等播放设备。想象一下，一个人工作劳累之后泡上一杯龙井，欣赏一曲Lene Marlin的《A Place Nearby》，人就被融化在醇香的世界里了。
在卫星接收机的音频升级系列文章中，我们讨论了两种卫星接收机音频升级的方法，即机内型和机外型两种音频DAC摩机。两种方式各有特点，也各有不足。
机内型加装板体积小巧，价格便宜，以机器内部的MPEG-2输出的DATA（数据）、BCK（位时钟）和LRCK（左右声道同步时钟）的输出信号作为DAC解码板的输入。这种方法费用相对低廉，非常适合银两不足的烧友。
机外型的DAC解码器体积较大，设计比较规矩，DIY套件价格一般在300到1000元之间，以卫星接收机输出的光纤或同轴数字输出作为信号源，这就要求原机器必须有数字同轴输出或光纤输出，如果卫星接收机没有数字输出的话，加装数字输出也很容易，自制一块数字输出板的价格只有10元多一点。机外型DAC解码器是独立的配接电源和机壳，单独成为一个解码器，在应用过程中还是比机内型的要方便，可配合多台卫星接收机使用。由于是分体设计，即使在DAC芯片相同的情况下，性能也要比机内型要好一些。同时，机外型DAC解码器还可应用于家庭内其它影音设备，如CD Player、DVD Player等等，构成DIY的家庭影院系统。
可以这么说，卫星数字电视的接收，仅仅是“收到”和“看见”，已不能满足现代时尚的追求，我们追求的是更艳丽的画面、更悦耳的声音。然而仅靠着器材的升级更新，除了高额的经济付出，我们在欣赏之余是不是有一点不能承受之重的感觉呢？卫视发烧，有热衷于高挡、新功能卫视器材的，有沉醉于破解加密系统的，有挑战自我寻求更弱的信号、更多的卫星接收技术的。专业级、顶级卫视器材对于普通用户来说是有一点可望而不可及的奢望，光是见到价格就要晕倒，更谈不上做它的“皇帝”了。谈论这些"贵族"的东西不大现实，因为毕竟在大众群体中普及的还是中价位以下的民用级普及型器材。我们更感兴趣的是希望在自己的普及型器材上通过“摩机”，通过DIY一些必要的器材设备，在有限资金的投入下，得到更动听、更靓丽的音、视频收视效果。
注：文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文