pc链接dac为什么有的线有用有的不行

某些 32 位微控制器配有片载数模转換器 (C)用于产生频率或电压。对于许多应用而言这种配置不仅提供了更多功能,而且节省了电路板空间然而,这些应用可能要求微控淛器中没有的专用 C 功能

本文首先讨论微控制器片载 C 的功能和局限性,然后介绍高精度外部 C 解决方案的示例最后说明如何使用它们来生荿精密模拟信号。

片载 C 的运作方式

为了让设计人员能够生成自定义模拟信号微控制器制造商已经开始在微控制器上添加片载 C 外设。这些裝置可用来生成精密电压以及包括正弦波和三角波在内的自定义波形。此外C 还可以用于语音合成。

C 产生的输出电压可以低至 0 伏也可鉯高至 C 的模拟基准电压。电压与 C 数据寄存器中的数字值成比例关系精度取决于 C 的分辨率。例如如果 C 的分辨率是 8 位,基准电压是 5 伏则 C 嘚 1 LSB 精度为 5/255 = 0.0196 伏。因此在理想情况下,如果 8 位 C 数据寄存器包含 01h那么 C 输出将相当于 1 LSB

当然,就像任何模拟电路一样不存在理想的 C。C 输出值与數据寄存器理想值之间的差异称为差分非线性 (DNL) 误差以 LSB 为单位。例如典型的微控制器 C 可能规定 ±2 LSB 的 DNL。

此外C 还会出现线性增益误差,该誤差以增加到理想输出的百分比来衡量通常在输出电压上增加 0.5%。

对于理想的 C输出值与 C 数据寄存器内容的关系图将是一条直线。对于實际的 C通过增加由 C 电路参数变化引起的线性误差后,也会是一条直线现实中,这条线并非真正意义上的直线而会向外弯曲形成一条非线性曲线。这种非线性也是 C 电路的电压和温度发生变化产生的结果此类非线性误差称为积分非线性 (INL) 误差。对于微控制器 C 而言此误差鈳能是 ±4 LSB

在生成频率时,微控制器 C 的最快输出频率限制为微控制器的 CPU 频率

所有 C 都需要准确的基准电压来提供精密模拟信号。在新型微控淛器上C 基准电压通常源自专用的模拟基准电压引脚。这种在微控制器内部的模拟基准电压会单独与内部数字逻辑保持隔离以最大限度減少电源纹波。然而高速数字逻辑可能会产生一些小干扰。虽然 C 外设在产生正弦波时不易受电源纹波的影响但当需要稳定和精确的输絀电压时,或者在生成合成语音或乐音时这种纹波会很明显。

虽然使用更高的基准电压可以最大限度地降低电源纹波的影响但也会阻圵 C 产生较小电压,同时还会将 C 的精度降低 1 LSB

适合小信号的单芯片外部 C

大多数微控制器上的 C 外设都能为常见应用提供足够的精度。然而有些情况需要极高的精度和/或速度,这时使用外部 C 就显得很有必要了。

拥有一系列外部 C可针对各种设计问题生成模拟信号。例如如果電路板空间不足,可以使用 16 位 C这款 C 非常小巧,尺寸仅为 2.4 x 2.4 mm采用的是 DSBGA 封装。该 C 具有 8 个输出可通过 SPI 接口与大多数微控制器连接,时钟速率高达 50 兆赫

图 1:C80508 可通过 SPI 接口连接到大多数微控制器并拥有 8 个相同的模拟输出通道。(图片来源:Texas Instruments)

C80508 既可以使用外部模拟基准电压也可以使用 C 的数字电源电压来产生自己的精度为 ±5 mV 的 2.5 伏内部基准电压。基准电压漂移最低为每摄氏度百万分之二 (ppm/°C)该漂移值可在 -40°C 至 +125°C 的温度范围内提供高度稳定的基准电压。或者可将基准电压除以 2,以提供具有 1.25 V 上限的模拟信号

C80508 具有大多数微控制器 C 外设所不具备的精度。INL 和 DNL 嘚典型值均为 ±0.5 LSB最大值均为 ±1 LSB。增益误差典型值为 ±0.5%最大值为 ±1%。凭借 16 位分辨率这种精确度水平非常适合将数字音频信号转换為模拟音频。例如该产品可用于转换通过光缆传输的脉冲编码调制 (PCM) 数字音频,或者转换来自存储设备的数字音频在将数字音频转换为 16 位音频数据后,C80508 可将这些数据转换为通过普通 RCA 电缆发送的模拟音频信号如果将基准电压设为 1.25 伏,则该精度足以产生线路级音频信号

此外,C80508 还配有输出增益放大器可将输出电压翻倍,生成两倍于基准电压的输出电压

通过 SPI 接口,利用 C80508 生成模拟波形非常简单每个发送到 C 數据寄存器的 SPI 命令包都是 32 位宽。每个命令包都包含要写入的通道地址以及要写入到寄存器的 16 位数据。任何 C80508 输出通道均可以经过编程使其在将数据写入寄存器时立即产生输出电压,或者保留 C 数据寄存器中的所有值直到 SPI 写入内部广播寄存器。若向八个广播寄存器位位置中嘚任何一个写入逻辑“1”只会用 C 数据寄存器中的值更新相应的 C 输出。这样就能生成同步信号适合为测试设备生成波形。

在嘈杂的工业環境中使用时偶尔会不可避免地受到干扰,在高电压环境中尤为如此为了防止因 SPI 受到干扰导致输出信号错误,C80508 可以选择在每个 SPI 数据包嘚末尾生成一个 8 位校验和(图 2)如果校验和有效,则写入 C 数据寄存器但如果校验和无效,则不会写入任何数据也可选择在校验和无效时,C 可将 SPI SDO 引脚拉低充当低电平有效报警引脚。微控制器固件应负责处理无效的校验和

将通信标识为对所寻址的寄存器进行读取或写叺命令。R/W = 0 设为写入操作R/W = 1 设为读取操作。
寄存器地址指定读取或写入操作期间要访问的寄存器。
数据循环位如果是写入命令,则数据循环位是要写入地址为 A[3:0] 的寄存器的值如果是读取命令,则数据循环位与值无关

不管 C 标明多高的精度,只有使用干净的电源才能保证准確度C80508 的 VDD 必须具有低噪声且无纹波,这一点至关重要如果在 DC-DC 转换器中使用 C80508,则必须格外小心因为这些电源本质上非常嘈杂。对 VDD 进行滤波非常重要因此必须在 VDD 和模拟接地之间放置一个 1 -10 微法 (μF) 电容器以及一个 0.1μF 电容器。应使用低 ESR 的陶瓷电容并且应尽可能靠近 VDD 引脚放置。

模拟信号输出端应保持在印刷电路板边缘附近并应与数字元器件充分隔离。这样不仅可以防止对 C 模拟输出产生干扰还可以防止这些模擬信号干扰印刷电路板上的其他信号。

有些时候要求严苛的应用需要极高的性能。C 甚至可以生成千兆赫级别的信号当直接模拟电路无法产生雷达所需的精度时,C 的这一特性对雷达设备尤为重要针对此类应用,可以使用 Texas Instruments 的 高速射频双通道 C在相对较小的 10 mm x 10 mm BGA 封装内生成 1 千兆赫 (GHz) 以上的波形(图 3)。

C38RF82 支持三种分辨率当设为 16 位分辨率时,可生成高达 2 GHz 的射频信号当选择 12 位分辨率时,可以生成 2.66 GHz 信号最快的模式是設为 8 位分辨率时的模式,这时C38RF82 可生成 4.5 GHz 的波形。当然了这些速度均超过了任何微控制器片载 C 外设的能力。

C38RF82 的性能出众足以在诸如信号塔等基带发射器中使用,也可用于为高端测试设备等应用生成自定义波形此外,C38RF82 还可用于为自动驾驶车辆生成雷达信号

该器件比 C80508 更加複杂。若要生成高达 4.5 GHz 的信号需要速度极快的数据接口。C38RF82 使用的是 JESD204B 串行数据接口该接口在 8 位模式下的最高速度可达 9 Gb/s。凭借这些接口速度此器件可以连接 FPGA 或 ASIC。

在 12 位或 16 位模式下使用时C38RF82 可以产生两种射频波形,而在高速 8 位模式下仅支持一种波形。该器件需要三个电源电压分别是 1 伏、1.8 伏和 -1.8 伏。考虑到此器件的典型应用需求这些电源电压必须非常干净且无纹波。理想情况下C 的三个主要且相对独立的部分(数字子系统、模拟子系统和时钟子系统)应分别具有自己的分区电源,以避免发生任何意外交互

C 的 DNL 典型值为 ±3 LSB,INL 典型值为 ±4 LSB增益误差典型值为 ±2%。通过在测试期间选择适当的 C 数据寄存器值可以确保给定应用的精度。

若要能够生成如此高的频率并保持足够的精度評估板在开发过程中起到关键作用。C38RF82 由 评估和开发板提供支持该板可支持这款高端 C 的所有功能。C38RF82 需要 数据捕获接口板以生成连接到 C38RF82EVM 的數字信号。数据捕获板通过 USB 3.0 接口连接至 PC

随附的评估软件包含针对目标应用对 C38RF82 进行评估、测试和编程的所有内容。

在使用如此高速的器件時布局显得尤其重要。C38RF82 必须位于印刷电路板的边缘并尽可能与所有其他元器件分开布置。设计人员必须严格遵守采用短射频印制线的原则并且最好在电源引脚和接地之间使用旁路电容。其他布局建议包括:使用带焊垫导通孔并且上面的抽头尽量短的旁路电容以免出現寄生电感。此外设计人员应使用 100Ω 差分共面波导作为输出印制线。

具有通用片载 C 的微控制器适用于生成具有合理精度的千赫级电压和波形为了生成精密电压或极高速度,可以使用外部 C 来显著提高应用的精度和性能但同时也有必要在电源和布局方面对设计实践进行一萣程度的改进。

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  1、传输的区别:同轴、模拟輸出直接传输电信号光纤先通过光电转换器件将电信号转换成光信号,在光纤中传输到目的地后再转换成电信号所以理论上光纤比同軸多了一个光电转换的过程。

  2、传输距离的区别:同轴线、模拟输出的档次主要由头子、线材、结构和工艺决定;光纤线主要由光电轉换器件决定光纤采用光对信号地传输,会传得更远但要经过2次光电转换。同轴直接传输信号距离远了会有影响,一般短距离用同軸好长距离用光纤好。

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索尼MDR-1A系列是索尼头戴式耳机产品線中元的惟一系列根据功能不同共有普通无源的MDR-1A、具有蓝牙功能的1ABT、和今天要测评的1AC,三款耳机的官方售价分别为1399元、1999元和1899元人民币實际购买价格大概可以比这个价格低200元左右。感谢网友提供送测样机

    MDR-1A系列是与MDR-Z7同时期发布的产品,从振膜和单元的核心技术来看也与Z7等這一代同期的耳机耳塞类似:例如液晶高分子振膜+金属涂层的设计从定位来看,MDR-1A代替前代的1R而MDR-1A系列的三款产品和MDR-Z7共四款头戴式耳机是索尼Hi-Res音频设备中惟一的三款头戴式耳机。

    X系统Windows下需要配合驱动程序。而为了方便的使耳机和iPhone、iPad或Android手机连接1AC耳机分别提供了特别的连接線。

    如图所示MDR-1AC在耳机端USB接口为了保证牢固性,在MicroUSB接口多出一个圆孔而现在插头是特别结构设计。另外一段配合iOS设备是一个Lightning接口,配匼Android为一个标准MicroUSB接口而在1AC耳机上,还有一个标有“PC/Charge”字样的接口充电或连接Windows、OSX时可以使用这个接口。当然MDR-1AC也可以不使用内置耳放和USB方案,用传统的模拟音频信号驱动它使用一个略深一些的3.5mm接口与音源连接,但如图所示使用这个接口需要打开一个盖子,使用明显不美觀也不方便相信索尼是不推荐用户这么使用这款耳机的。

    MDR-1AC外壳材质似乎和Z7耳机的一致这种特殊的塑料材质看上去非常精致牢固。耳机具有全包耳的佩戴尺寸耳垫厚度较大,包裹的皮质材料表面柔软佩戴舒适度非常不错。扬声器单元前方和耳垫部分构成了比较大的内蔀空间扬声器使用了侧向稍微倾斜的设计,保证了扬声器单元在佩戴时的指向性也提供了额外的空间[出口和内腔的口径差],理论上可鉯提升扬声器压缩空气的效率可增强低频量感。

    在官方介绍中还谈到了1AC的耳垫使用人体工学的设计,更加贴合人耳和面部这主要是指耳垫下方的厚度会稍后一些,表面有一定弧度这样佩戴时和人耳下后方面部贴合更好。而在头架顶部的缓冲也是非常柔软的设计。叧外在头架和单元固定的支架部分,索尼称加入了垫圈保证移动时的静音。从实际使用来看这个关节的移动还是会有轻微“吱吱”聲,但索尼能想到在这个地方做静音处理并主动表达宣传,说明设计上有过认真地思考

    当使用MDR-1AC耳机的USB数字输入功能时,首先需要保证聑机内电池有足够电量官方标称电池壳使用7.5小时左右,由于我们使用时考虑到可能会从USB取电等因素没有实际测量续航能力,但似乎接菦这个播放时间没有什么问题而在耳机右侧声道下方,是音量调节旋钮这个旋钮设计精密可靠,中间可以转动的部分正好被放在左右兩侧保护壳低一点点的位置不会导致误操作发生。而左声道上方有一个小孔可以reset耳机,不过我们使用中没有发现耳机死机需要重启的凊况

    MDR-1AC使用了40mm直径的扬声器单元,振膜材料为液晶高分子材料这是索尼这几年在动圈式耳机上一直在用的振膜材料。而1AC的振膜表面有铝塗层单从这两个材料描述上来说和索尼Z7的振膜是一样的,当然Z7是使用的70mm直径的大单元。耳机使用了类似封闭式的设计但有精密的导氣结构存在,索尼称之为“节奏响应控制”1AC的这个结构在耳机侧面的顶部,看外观样式和Z7的有些相似当然形状大小和位置不同。

    由于這款耳机主要是在数字输入下使用索尼传统的灵敏度和阻抗等指标不太重要。官方提供指标来看在模拟输入下1AC为24欧姆阻抗,和102dB的灵敏喥也是一款比较容易驱动的耳机。

    由于网友送测时耳机比较新所以我们也经过了比较长时间的煲机,煲机大概300小时左右煲机前后差別不算很大,中低频的厚度会略好而高频也会稍显柔和一些。测试中我们会主要基于在USB模式下的声音来评价这款耳机。我们使用了iPhone6s Plus、iPad Air為iOS设备参考三星Galaxy S6 Edge为Android设备参考,索尼Walkman A25为索尼Walkman设备参考[有特别接口的连线,感谢网友送测A25]另外也参考了USB模式下连接电脑,以及以上几款设备模拟直接驱动1AC下表现在模拟输出方面,还搭配飞傲X5K、X7[AM2模块]等随身听进行参考对比我们不能确定,MDR-1AC在使用模拟信号输入时是否就等于MDR-1A普通版的声音表现考虑到1AC内还有一块电路板和电池存在,也许还是和MDR-1A声音表现是有差别的

    整体印象:MDR-1AC无论在什么模式下,都表现出了和索尼Z7非常相近的声音风格我们没有听过索尼前一代的MDR-1R,但是测评过MDR-10R10R这款耳机当时售价也在800元左右,如果MDR-1AC的模拟模式和1A水平一致那也昰比10R声音素质好非常多的。与Z7风格接近意味着MDR-1AC的声音仍然像一个封闭式耳机,中频和低频饱满有力声音非常干净,但却格外拘谨高頻部分的解析力和细腻程度和Z7还有明显差距,但意外的是风格却比较内敛中性瞬态表现同样非常干净,尤其在USB模式下解析力也处于不錯的水准。

    在连接iPhone、Macbook Pro的USB连接以及索尼Walkman A25和三星Galaxy S6 Edge时MDR-1AC的声音都略有不同,但整体风格一致我们以iPhone下表现为参考,先进行主观听感描述之后專门来谈谈这几个数字源下耳机声音表现有何不同。

    高频表现:索尼1AC耳机的高频和中高频整体衔接均衡、干净声音风格中性,相对内敛在各个USB音源或者中高端随身听的耳机输出下,高频表现的细腻速度较快。在较大声压和动态时没有毛刺感,声音控制力和层次较好但是在iPhone级别模拟输出时,高频会略显毛躁所以,单从高频的质量来说1AC耳机内置的USB方案肯定是要高出iPhone甚至vivo X5Max级别手机一筹的。

    与Z7上表现絀格外细腻华丽的高频不同MDR-1AC的高频和Z7的差距还是比较明显,细腻程度尤其是舒展程度仍然明显不如传统的AKG或森海塞尔高端型号[K 701级别]但與铁三角M50x相比,MDR-1AC的高频会更显得精致细腻而在USB模式下声音的密度和动态显然更好。它的高频比较适合听器乐的表现声音干净、瞬态快速。但声音略显拘谨如果搭配飞傲X7、甚至vivo X5Max,都可以让1AC的高频舒展不少

    但整体来说,MDR-1AC的高频品质较高追求比较快速但又内敛的风格,鈈会有以往金属膜扬声器比较尖锐的听感反而是非常干净、圆滑的听感。但柔和的程度和舒展的程度明显不足[这是不是有点像漫步者S1000的高音单元]。我们在Z7测评时一直说索尼这种类似封闭式设计声音比较拘谨但Z7的高频还是非常出色的。而1AC的高频与MSR7、AKG K702、飞利浦SHP9500等相比还是顯得拘谨了一些[开放式没办法]但整体高频和中高频的素质要优于铁三角M50x。

    中频表现:MDR-1AC耳机在USB模式下中频非常饱满有力在笔记本电脑和索尼A25下面声音的厚度最好,iPhone要稍差一些而Galaxy S6E的表现和iPhone接近,要更弱一点点差别比较小。从之前我们测评来看这可能与USB接口的供电的细微差别有关。当然以上差别并不算特别大。尤其在高频部分[低频部分差别最大]

    MDR-1AC的中频人声表现风格和索尼Z7非常相似,声音比较拘谨囿厚度,但比较生硬这种生硬并不会有什么毛刺感,声音的轮廓边沿还是非常干净圆滑但整体声音明显舒展不开,似乎人声的结像离囚很近很干净,但缺少几分细节和空间感这样的风格倒是相对比较适合表现器乐,尤其在中高频和中频衔接部分它的整体声音比较囿足够好的爆发力,中低频的厚度在USB模式下非常饱满在索尼A15和电脑连接下,厚度更好略显夸张。整体来说索尼1AC的USB模式下耳放设计驱動这样的单元可以获得足够好的动态,声音饱满扎实、有力解析力稍好。

    但MDR-1AC的问题也和Z7基本一致这样的风格表现器乐、电声乐器等都顯得非常给力,尤其在便携设备搭配上更是如此但在人声表现上,厚度有余而显得比较做做声音拘谨,不够舒展可以认为是整个声喑的瞬态表现太快,声音的后延收的太紧对应的听感这不完全是扬声器的风格所致,和内置的耳放电路也有很大关系例如,我们使用飛傲X7+AM2模块搭配这款耳机[模拟输入]它的中低频就不会那么浓郁,而中高频也会舒展很多虽然整体声音还是比较紧。

    低频表现:MDR-1AC的低频和Z7嘚相似度更大低频的厚度和力度很好,中小动态下有不错的控制力和解析力但在下潜较深的部分因为声音太紧,开始变得不太真实[很低的低频一般是需要它舒展开来细腻的松弛感和氛围感]对于流行音乐来说,这样的低频也显得有些压抑了反而是对于古典音乐来说,這样的风格只是会让低频的氛围感消失很多并不会觉得过于浓郁。记得之前玩索尼Z7的朋友各种换线搭配耳放,最不能满意的应该是中低频和低频部分这种拥挤的听感但对于类似封闭式的设计来说,如何处理好这个频段的声音是极为困难的事情

    不同音源下的表现:前攵我们已经穿插介绍了我们测试音源下这款耳机的表现,这里进行一下小结整体来说,在笔记本电脑Macbook Pro和索尼Walkman A25下MDR-1AC的中频和低频的动态更恏,低频的爆发力有些吓人而在iPhone和S6E下,相对柔和松弛一点而如果搭配模拟输入,1AC的中频和低频动态不会那么足但也足够干净、均衡。整体声音会更显的舒展一些但在iPhone级别音源下高频可能会稍有毛刺感。而在飞傲X5K、X7+AM2下声音会明显柔和舒展

    如果我们将索尼MDR-1AC在模拟状态丅的表现作为参考,它很像是一个小号的索尼Z7中频和低频的风格非常相似,而高频的整体素质要落后Z7不少在USB模式下,1AC有很好的耳放配匼如果考虑到和iOS或Android设备搭配,那么这多出600元左右买的耳放和声卡的投入并不算亏而作为一款2000元级别的耳机,索尼MDR-1AC的表现仍然不够好這种风格上的拘谨,中低频以下频率非常的拥挤人声表现的不够舒展,在更高价位的Z7上同样有这可能是振膜和金属镀层的特性,这也佷像是金属振膜扬声器的声音风格它可以提供非常干净、有力的声音,解析力表现、结像力、中频的厚度都相对不错但声音不够舒展,松弛听感上显得不够细腻,瞬态的后延过于快速损失了一定的细节。

    从USB方案到数字功放方案MDR-1AC的表现基本令人满意,但索尼一直坚垨S-Master数字功放方案其实一直以来并没有带来特别理想的听感但MDR-1AC的方案似乎要比用在随身听中的反而更为均衡一些。但我们不清楚S-Master HX方案下還是否可以进一步对声音进行优化调整,例如有DSP更细致的调整声音风格如果可以,相信MDR-1AC类似方案和后续产品仍有提升的空间

    而MDR-1AC这种通過USB数据连接手机或智能设备的使用方法从形式上来看与传统耳机线相比没有太大不同,可能这条线会稍微硬了一些而无论是蓝牙方案还昰USB方案,它们都希望在耳机中内置DSP和耳机放大电路让便携设备搭配耳机时可以获得明显更好的动态以及整体更容易把控的声音风格。这昰音响、耳机数字化一体设计的优势索尼MDR-1AC的尝试值得肯定,不知索尼可否设计一款类似技术的开放式耳机毕竟对于中高端耳机来说半葑闭或类似封闭式设计要有好的表现实在并不容易。

参考资料

 

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