基于PCM1716E的通用音频解码板的设计与实践(下)
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编者按：DIY是什么？DIY就是自己动手，把设备性能发挥到极致的探索过程。这一次，广东的Stanley Jing先生和山东的梁兴光先生携手为我们带来了一篇有关通用音频解码板DIY的大作，两位DIY高手的智慧在文章中水融，碰撞出了耀眼的火花。其实，Jing先生与梁先生素未谋面，他们的所有联络都是通过互联网进行的。但是，距离的遥远却没有影响两位作者的交流热情，并最终诞生了这篇堪称佳作的结晶。这，不正是发烧精神的完美写照吗？我们衷心希望这种讨论互助的精神能够继续发扬光大，涌现出更多的类似作品，与广大读者共同分享DIY的激情与喜悦！
用pcm1716e解码板升级卫星接收机音频DAC实例
1、海克威2000C盲扫王接收机应用实例
海克威2000C（软件Ver：8.73MT）接收机是海克威公司2002年推出的一款盲扫型卫星接收机，该机使用开关型稳压电源，CPU处理器为富士通MB87L2250，音频DAC解码器是HOLTEK公司的HT82V731，其管脚功能见图15。该芯片管脚排列、性能指标与PHILIPS的TDA1311类似，为16位、右对齐数据格式音频D/A转换器。
经过一段时间的使用，发现该机音频信号失真较大，声音噪音大，浑浊。我们知道，设计合理的卫星接收机的DAC后级应该有一个含有特定斜率（Slope）的低通滤波器(模拟LPF)，将DAC在取样过程之中所产生的周期性倍频讯号（如44.1kHz、88.2kHz、176.4kHz等）滤除，只留下我们所需要的音频信号。绘测该机音频DAC电路发现，该机DAC后没有LPF电路，仅有一级由LM358运放构成的增益为十倍的放大器，见图16。由于DAC部分的高频噪音没有得到衰减和消除，因此导致高频噪音较大，而且由于放大级放大倍数过高，后级信号出现阻塞现象。
Hi-Fi爱好者都知道电源供应的重要性，因此它的质量是音响玩家的第一考虑。
我们首先关注一下海克威2000C盲扫王接收机的开关电源。该机电源与一些早期生产的接收机相比（如高斯贝尔D33、海克威2000H等机型），用料略显节俭（发现市场上流行的卫星接收机的用料与它的生产时间有相对应的关系，时间越早，用料越好），其高压主滤波电容为33μF/400V，省略了噪声抑制共模滤波器L1和C1（PCB板上留有安装位置）。为此，在开始用DAC解码板升级该机前，用100μF/400V优质高压电容替换下主滤波电容，以增强主滤波效果，拆除主板上L1处的短接线，焊上一个电源噪声共模滤波器，在C1空位加焊一只0.22μF/400V高压电容，以滤除市电带来的杂波干扰，为接收机主板的工作提供一个良好的工作条件。
打摩后的接收机电源板见图17。
下面，我们就用图14中的PCM1716E解码板来替换该机的DAC音频单元。
（1）PCM1716E解码板的供电电源
我们知道，采用正负双电源供应是单双运算放大器通常采用的首选方案，原打算在接收机的开关电源变压器上加一双绕组为PCM1716E解码板供电，但该接收机的开关变压器体积不大，其内窗口在原绕组外也无空隙而难以再加绕组，因此，决定放弃在这只开关电源上再加装解码板用±双电源的想法，而是采取另外再设置一套独立电源为PCM1716E解码板提供能源。
尽管开关电源被公认为噪声比较大，但是只要精心处理，仍能取得比较好的信噪比，也不失为一个可选择的方案。
图18是一块激光打印机用的成品开关电源板。
该开关电源做工考究，设有完善的过压过流保护和噪声滤除电路，主滤波电容为68μF，开关管为东芝的MOS开关管：2SK2717，电路板尺寸12cm×7.5cm。5V、24V双路电压输出，标称功率25W，它的工作原理简图见图19。
该开关电源的取样电压由输出的5V电压取得，其有关工作原理可参考其它文章，此处不再赘谈。该板的5V输出可作为PCM1716E解码板的5V电源，那么，PCM1716E解码板的模拟低放部分需用的正负双电源又应如何取得呢？
用空心针拆卸下该电源板上的开关变压器（T1）。经验证，该电源板的24V是一个约18V的绕组串在5V绕组叠加而形成的，并且可以看到这个18V绕组是由双股漆包线并绕而成，用这个并绕绕组就可以来实现需要的正负双电源（有动手能力的朋友对在普通变压器上自绕次级对称的双电源绕组一定不陌生吧）。
把24V绕组从该开关变压器骨架引脚上焊下并将并绕双线分开，然后再把5V管脚的多股焊头全部焊下来并把每一股都分离开，如图20所示，用万用表分出L4、L5绕组（为方便叙述，图中绕组标号为我们所加），把5V剩余线头再一并焊回5V管脚，分离出来的L4、L5两绕组按图20所示制作正负双电源。在此要注意：两绕组的连接一定要注意绕组同名端的关系。
沿图21中的白色线，把下部的环氧板裁断（此部分是为控制其它功能而设计）。利用印刷板中的空间和铜箔安置图20中-18V的电容电感，把图示（-18V元件安装位置）的覆铜板用刻刀刻制并打孔，用以安装-18V电源元件，L4、L5两绕组按照图20中双绕组的方法形成±18V电源，其中心抽头焊到变压器的地线管脚上，正18V电源的抽头焊到原24V管脚上，按图20所示数值的要求替换该路电感电容，负电源的抽头焊在开关变压器的一个多余的空脚上（管脚铜箔需割断）， 0.1μF高频滤波电容可以直接焊在铜箔面，这对高频噪声的消除十分重要。
改造后检查无误，在5V输出端接入一个100Ω/2W的电阻，调整可变电阻VR101，使该路输出为精准的5V，此时±电源为±18V输出，用排线引出±18V和5V及地线。
为了尽可能的向PCM1716E解码板提供一个纯净的工作电源，针对开关电源的特性，在改制后的开关电源的＋5V、±18V输出端再加入一个单独的噪声滤波器，以进一步增强高频纹波滤波效果，电路见图22。图中每一路选用的三个电感的电感量不同，并分别选用绕线式和磁环式，小容量电容选用聚丙烯电容。做成的滤波器电路板见图23。
至此，PCM1716E解码板需要的＋5V、±18V电源就制作完成了，在接收机机箱内的左部空位固定好DAC电源板及滤波板和主机电源板（见图33），并在通往DAC解码板和接收机主板的电源排线上各套上一个专用的高频磁环。
（2）加装PCM1716E解码板
根据MB87L2250的Datasheet可知，MB87L2250的74、70、73和71脚分别是数字音频接口的MCLK、DATA、BCK和LRCK。经实际测试，海克威2000C在工作时，无论是否有节目信号，MB87L2250主芯片的74脚一直为低电平状态，由此确认MCLK信号被软件所屏蔽（关闭）。
MB87L2250的70、71、73脚分别与HT82V731的3、2、1脚相连，HT82V731的模拟音频信号是由它的6、8脚输出，经隔直电容进入由阵列三极管组成的音量调整网络进行音量控制，再由LM358双运放缓冲放大输出至RCA插座，参见图24。
根据技术资料，HT82V731为右对齐、16位数据格式音频D/A转换器。由此可知该机MB87L2250输出的音频数据格式为右对齐、16位数据格式。所以应设定PCM1716E的接收数据格式也为右对齐、16位数据格式，因此PCM1716E的Pin28和Pin23两脚应设成：Pin28=L，Pin23=L；Pin26、Pin27为音频去加重选择，可以根据听感爱好接高或接低，在此选择去加重关闭。据此，保留PCM1716E解码板的 R10、R11、R12、R14四个0Ω电阻。
将PCM1716E解码板上的R27（四线输入式MCLK信号用）焊开。由于选用的DAC配套开关电源已经提供了高稳定5V电压，因此用一个串珠电感直接跨接该解码板上7805三端稳压（U6）的输入和输出端。为扩展DAC输出音频信号的低频分量，把模拟音频通道的耦合电容C6、C11、C40、C41换成10μF的补品电容，U1、U4选用了两个AD712双运放。按图24所示，把PCM1716E解码板按三线输入式联接到主板原DAC（主板U7）管脚位置，将解码板电源连通。PCM1716E解码板末级音频输出接至机后RCA插座。
特别提醒：要绝对保证MB87L2250到PCM1716E的DATA、BCK、LRCK对地不能短路，同时也要保证该三信号之间也不能相互短路。
检查所有连接无误后开机，加装的PCM1716E解码器正常工作，输出端接一台如图25所示的胆场耳机放大器，推动AKG240耳机。接收134°E卫星上的中央人民广播电台8套立体声广播节目和76.5°E卫星上的40套立体声音乐广播节目，感觉其音频效果较原机不可同日而语，各种乐曲有较好的定位，声场表现较好，高频细腻晶莹剔透，低频饱满有量感，改装前后变化非常明显。
经过各项操作，发现PCM1716E解码板直接应用在该机上尚有以下不足：
①用该机的音量（VOL）按键无法调整音量；
②在无节目信号或节目转换的间隙，出现数码噪音（节目稳定后该噪音消失）。
首先解决第一个问题：
大多数卫星接收机的音量控制是在音频的DATA信号中加以控制，使得音频DAC的模拟输出幅度产生变化。那么，海克威2000C的音量控制是如何实现的呢？
图26是海克威2000C主板上原设计的音量控制实测电路简图，其原DAC输出的L、R两路模拟音频信号的音量调整是通过单独的控制单元完成，从图26可以看出，该机的音量控制是分别各采用三个（G3、G4、G5）晶体三极管作为开关，由MB87L2250的三个GPIO口控制六只晶体管基极电平，通过晶体管的饱和或截止，在两声道分别接入或断开三只阻值分别为680Ω、2kΩ和4kΩ的电阻，从而改变两声道中与DAC输出端串联的2.7kΩ电阻和晶体管控制接入的680Ω、2kΩ、4kΩ的电阻构成的分压网络的分压比，达到音量控制的目的。
由于每路音频只有三个三极管，可组合出8种控制状态( 2的3次方)，也就是说可以有8种不同大小的音量。当三个三极管都截止时，音量最大；当三个三极管都饱和导通时，音量最小。
因此，如果将2000C主板上的音量控制分压网络并入到PCM1716E解码板中U1和U2的输出输入通道，形成一个下臂可变阻值的电阻分压网络，就可以在PCM1716E解码板上实现音量控制的目的，如图27所示。
解决第二个问题：
之所以在无节目和转换节目时出现噪音，是因为接收机在无信号或转换节目时，由于DATA码流中断，致使PCM1716E无法正常控制内部有关电路而输出噪音。使用过卫星接收机的朋友都知道，在接收机无节目时，其信号锁定灯是熄灭的，而信号锁定灯一般是由主处理器来控制，经过验证，该机的信号锁定指示灯受MB87L2250主处理器的第202脚控制，在无信号时，MB87L2250的202脚是低电平，信号灯熄灭；在有节目信号时，则呈高电平状态，信号灯亮。对于PCM1716E，当输入DATA为“0”或不可识别格式时，其21脚（ZERO，零数据标志 ）内部所接的FET处于导通状态。如果我们在音频通道中像音量控制那样加装一个静音控制电路，并利用上述这两个信号来控制这个静音电路的“开”和“关”，那就可以消除无信号或节目转换时出现的噪音。
据此，对PCM1716E解码板做一点改动：将PCM1716E的21脚、MB87L2250处理器的202脚与图28中的噪音消除电路连接。
静噪原理：当接收机无节目或转换节目时，MB87L2250的202脚和PCM1716E的21脚呈低电平状态，此时图28中的G9的基极电位因二极管导通被下拉为低电平，集电极呈高电位，G10、G11导通，R、L音频通道被短路而实现静音；当接收机有信号时，MB87L2250的202脚和PCM1716E的21脚呈高电平状态，G9基极电位为高电平，集电极导通呈低电位，G10、G11截止，音频通道不受影响（只受音量控制影响）。经实际使用，该控制电路能够实现静噪功能。
由于元件不多，图28中蓝框组成的静噪电路用洞洞板做成一个1cm×1cm的小电路板，就近焊在PCM1716E成品板的C10位置，用细导线按图28连接有关管脚。
经过以上步骤，就可以成功、完美的在海克威2000C卫星接收机上，用PCM1716E解码板代替原来的音频DAC和模拟低放。但是，由于主板印刷线路铜箔走线细密，为了避免出现短路或其他意外，同时也为了日后拆卸方便，2000C主板和PCM716E解码板的联接最后采用了方便的插座方式。
在主板CPU与右侧的中间，有并列的两排插针，见图29，这排插针在平时是用不到的。
裁一小块洞洞板套在这组排插针上，用焊锡焊住最四个脚的插针（日后如有需要，仍然可以方便的拆除加焊的洞洞板），在洞洞板的外侧，焊上一组排插插针作为主板与DAC解码板的连接基座插针，在焊上的插针下端，用细导线分别连接主板上的 DATA、LRCK、BCLK、MB87L2250的202脚（消噪控制信号，利用PCM1716E解码板上J2的MCLK走线）、地线、两路模拟音频，图30为示意图，图31为实体图。
在接收机的前部空闲位置，安装PCM1716E解码板，用相应的排插线连接PCM1716E解码板和主板的DATA、BCK和LRCK信号、消噪控制信号（利用PCM1716E解码板上J2的MCLK线）、模拟音频信号及5V、±18V电源。图32为整机连线示意图。
2、假百胜P-3800卫星接收机应用实例
百胜的P-3800出现过数个版本，最初是百胜公司出的VIACCESS法国电信系统单CA卡座的P-3800，它采用STi20和STi3520的意法汤姆森两片机设计，俗称两片机，也称为“真百胜”。随后市场上出现了另两款百胜P-3800，同样是单CA卡座、支持VIACCESS法国电信系统的卫星接收机，只不过它们使用的主芯片不同，分别采用STi5500和STi5505。被称为百胜单片机，也称为“假百机”。
我们这台P-3800是主芯片为STi5505的单片假百胜机，外型见图34。
接收机面板正中的长方形视窗上有4个数码管，用来显示放送节目频道号，下方有几只指示灯，分别代表卫星信号锁定、电源接通等状态。面板右侧是个翻盖结构，打开翻盖后，里面是一个CA插槽及六个面板控制按键。
它的DAC芯片是PHILIPS的TDA1311。
TDA1311是一颗16位、右对齐数据格式的电压输出型音频数字模拟转换IC，是一款低成本的音频DAC。数字音频信号先在内部被转换为包括10位位数和7阶指数格式的浮点表达式，然后用一个R型电阻网络解码器将此浮点表达式转换为模拟电压。它采用8引脚SOP封装。其引脚功能及内部原理框图见图35和图36。
TDA1311的输入信号时序见图37，可知它是右对齐、16位数据格式。我们同样要设定PCM1716 DAC解码卡的输入音频数据格式为16位、右对齐。
根据前述的表3(加重控制设定)、表4 (PCM1716输入音频数据格式设定)，设定PCM1716输入数据格式：16位、右对齐、去加重关闭。将PCM1716 的DM0(PIN26)、DM1(PIN27)设成低电平(L)；I2S(PIN28)、IWO(PIN23)设成低电平(L) 。保留DAC解码板的R10、R11、R12、R14四个0欧姆电阻，即可完成PCM1716的硬件设定。
P-3800的电源是采用5L0380的开关电源，开关电源的高频噪声相对较大，这些高频噪声会直接影响PCM1716E DAC解码板音频重放的效果，使音频信号发生严重的失真。而在这些失真中，高次谐波的影响尤为恶劣。故决定另用一个工频变压器做一线性稳压电源作为PCM1716E DAC解码板的供电电源。
对音响产品来说，电源是至关重要的，甚至可以说，音响器材电源的重要性是怎么重视都不过分的。解码板电源电路见图38。电源变压器选用一只30W的R型铁芯双15V变压器，R型变压器是用无切割铁芯卷绕，具有体积小、重量轻、高效率、漏磁小、产生热量小、励磁电流小等特点。且由于使用无切割铁芯，磁致伸缩应力就很容易被吸收，因而保证了应用无噪音；稳压电路选用可调整型三端稳压器LM317和LM337，分别作为正、负电源的稳压；滤波电容选用3300μF电解电容。LM317、LM337以及整流桥、阻容元件等全部焊在一块6cm×4cm的万能板上，图39为焊好的DAC电源板。焊好后检查无误即可上电，调节两电位器至电源输出为±12V即可。
将P-3800主板上的TDA1311拆下，在TDA1311焊盘上焊上一个间距为1.27mm×6 mm的双排弯脚插针，在插针上插上一个间距为1.27mm(0.050英寸)的四针插头。
将变压器、DAC解码板及电源板在P-3800的金属底板上打孔固定。依次接好P-3800至解码板的DATA、BCK、LRCK及GND，音频数字信号的引线长度要尽可能地缩短，防止数字信号前、后沿变得平缓，影响PCM1716的工作稳定，参见图40。再将解码板的音频输出接到P-3800的AV输出插座上。为了在成本不高的前提下获得好音质，运放采用了BB公司的OPA2604。OPA2604是专为音频而设计的专用运放，解析力不错，音乐味更好，有胆味，声底较纯厚且有点刚性，综合素质很不错。特别适合音乐表现，音色醇厚、圆润，中性偏暖，胆味甚浓，被誉为最有电子管音色的运算放大器。它在国内的流行已经有好几年了，用今天的眼光来看，它的性能依然不俗。至此，再接通精心制作的电源部分，就可享受美妙动人的音乐了。图41是改装完成的P-3800。
把改造后的P-3800的音频输出连接到自制的耳机放大器(音响发烧界俗称“二房”)，见图42。耳机放大器是选用EPH1.0耳放套件自装的，其线路仿自英国名机AURA VA50，末级使用IRF610/IRF9610推挽放大。耳机是AKG K240DF，见图43。AKG K240DF耳机是奥地利原产中高档监听耳机，在专业界和发烧圈子里都很受好评，它有能力反映出信号中最微弱的细节，用来进行这样的测试非常合适。
用了几周时间细心试听134°E卫星上很多种不同音乐风格的广播音乐(主要是流行曲中的发烧天碟)，感触最大的是其人声温暖醇厚，细腻且真实，恍如演唱者伸手可及，感觉歌手就在你耳边对着你一个人唱，每一次呼吸和唇齿之间的细微之处是那么的清晰可辨。这种中音的密度正是我们梦寐以求的，整个声音都成了立体的了，婉转之间沁人心扉。不仅中音是如此的诱惑，高音也是如此亮丽，到了曲目高潮高音部分出现的时候，就觉得一股气从脊椎直入头顶，爽入骨髓，感觉像仙乐一般，浑身舒坦。各种乐器表现亦形神兼备、自然流畅。高低音平衡感不错，整体听感可以说非常好。无论音色、空气感、通透度，都与改造前大不一样，并且没有以往大动态高声压时的那种“粗糙”感，仍然显得从容不迫，保持了音像音场的准确。静态时噪声很低，在小音量或音乐低潮时，声线依然清晰可辨，有一种精致感。
其实很早以前就有了这个改造的想法，同时也是我们长久以来的一个疑问：“如果对卫星接收机的音频DAC及模拟输出电路做合理的改动，可不可以明显提高接收机的声音输出质量？”
现在看起来，效果真的还不错！说起来，这也算是一次另类的卫视接收机改造，可以给有动手能力的DIYer们一点点启发和灵感。
好了，全部做完了，让我们泡一杯清茶，打开卫星接收机，调到喜欢的古典音乐频道，享受音乐在空气中弥漫的感觉吧……！
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