制作一款数字端口输入输出试验板
本帖最后由 ljpwed 于 2016-2-2 13:07 编辑平时经常测试各种DAC和数字端口，老是在各种板和机之间换来换去，感觉很麻烦，年底了就决定做一款全功能的测试平台！
整个PCB做得比较简单，当然这个只是一个炮灰板，后面会做个更完美的PCB！
1：带有USB输入。USB输入用的是意大利模块的ARM部分，而CDLP部分则用FPGA自己编写！IIS输出方面和官方模块完全一样，另外为了实验方便，还有一个SPDIF输出，SPDIF和IIS是同步输出，并支持DSD DOP同步输出，也就是说即使播放DSD，IIS和SPDIF也可以同时输出，非常方便！ IIS支持的采样：PCM,44.1k-384K,DSD为DSD64-DSD512，而SPDIF PCM输出最大可达到384K（实际上可以实现768K和1536K输出，但是一方面是当前这么高的码率基本用不上，在者要输出1536K的话还要用到FPGA的PLL），DSD DOP则可以最大输出DSD128。为什么要输出384K呢，后面会说到！!用别人的东西虽然并不是我的风格，但是如果自己开发一个USB 解码并不是容易的事，硬件开发并不难，但是windows 驱动并不是我的在行的（虽然难搞一些比较简单的）,在者国内驱动开发的资料少得要死，那些从入门到精通都他么的在扯蛋！
2：FPGA内部带有一个自行设计的SPDIF接收器。SPDIF最高可以接收PCM 384K，既然可以接收384K那么DSD128 DOP接收就不是问题了！ SPDIP解码设计最重要的技术是CDR（时钟数据恢复），比如说在数据传输方面的光纤通信，硬盘SATA接口，USB接口等都是要用到这个技术。如果把传输速度的难道先不说，SPDIF解码以个人观点应该是比较其它的要难！原因在于SPDIF是一种变码率的信号，而且还有两种晶振模式（44.1 48)，这样就把解码器变得更复杂！ 板上用的是一片ALTEAR EP4的FPGA,其内部逻辑速度可以达到400M左右，达到400MHZ的速度是在简单逻辑上是可以实现的，时序也是能很好的满足的，如果放在复杂的逻辑运算中，那基本不太可能!SPDIF接收器基本上是一种复杂的逻辑，本板的SPDIF接收器主时钟运行在250MHZ左右！这个频率在FPGA复杂的运算中可以说是非常高了（以和EP4 相同种类的FPGA来说）,为了满足时序要求，我也是花了不少心思做时序优化！用FPGA做SPDIF解码难度大，原因在于FPGA的速度问题，如果要像AK4118等这样的芯片那样接收，那么FPGA的逻辑速度至少也要GHZ以上的，但那种FPGA成本太高了，虽然EP4的PLL输出可以达到1.3GHZ，不过逻辑速度就差远了，所以要样解码SPDIF那么就要双晶振模式，使用双晶振模式相对AK4118这种单晶振模式（IIS输出是用内部高速PLL分频）输出的IIS精度要高一些（其实也差不了多少，如果用示波器看的话还是很明显的）,当然了AK4118锁定速度要比 FPGA SPDIF解码的要快几个采样！别一方面，由于FPGA单口IO输出电压要3.3v，那么就要有电压转换器，板上有一个LMV7219作为整形！ 这款板子的SPDIF接收稳定性上是完全没有问题，为了测试稳定性我也是找来了很多SPDIF输出的源：
底下是一台PS3主机，主机上最左的是一片很久以前做的一个意大利模块，CDLP部分用的是ALTEAR MAX II （还是自己搞的）同样支持SPDIF PCM384K DSD128 DOP输出，后面的板子，我想大家都知道是什么，年后，还会找一两台老的CD机做测试！ 实际上只要SPDIF输出的码率误差不小于3%-5%（主要看输出采样是多少)，就可以完美接收！！
3：FPGA还内置了一个IIS接收器！! 以前做IIS接收器的时候 都是使用的被动接收，这种 接收方式容易受IIS源时钟的干扰，会产生很大的失真，为了解决这个问题，我是采用一个类似SPDIF 的接收方式，IIS解码同样有一个CDR,产生同步接收的BCLK，这样MCLK,LRCK,BCLK就是主动式的，这样IIS的MCLK就完全不用，即使BCLK在短时内产生大的抖动，也不会影响FPGA的数据接收！ IIS接收器制作起来要简单一样，原因是BCLK的脉冲长度是相同的！！ IIS解码还带一个SPDIF输出，原理和功能上和意大利一样！！
4：FPGA还内置一个正弦波发生器！正弦波发生器可以输出PCM 44.1k-1536k的采样（1536k的我并没有测试），输出频率1HZ-35KHZ，IIS输出32bit!! 正弦波发生器采用的是CORDIC算法，Quartus是带有这个IP核，很省事,虽然省事但这个IP并不好用，这个IP都是浮点输入和输出，还是弧度角，这样计算角速度的时候就写一大堆代码，还要用到浮点加减乘，这样FPGA用掉的资源就差不多是7500个逻辑了，好在上面三个解码器只用到1500多个逻辑，还是有余量的！整个正弦IP可以运行在100MHZ左右（时序是满足的），而整个计算会有差不多50个时钟，这样就可以产生2MHZ的采样率（输出1536k的采样不是问题）！！后面我会自己做一个整数类型的CORDIC,只为了减少FPGA的资源使用量！！
年底了PCB产厂都过年了，不好打样！年后会搞一个带DAC的板子到时候实际测试给大家评评!
文采不是很好，请各位见谅！！ 看起来不错，提个建议，换种RCA座在高频输出会更好 new1510 发表于 2016-2-2 15:11
看起来不错，提个建议，换种RCA座在高频输出会更好
谢谢支持！作为炮板，板上只有一个RCA头输出，别外一个RCA是输入！！:lol 俺是菜鸟！ SPDIF接收器输出的i2s时钟信号来自内置的正弦波发生器？ jdog 发表于 2016-2-2 22:21
SPDIF接收器输出的i2s时钟信号来自内置的正弦波发生器？
SPDIF接收器 IIS接收器正弦波发生器都是独立的，他们之间并没有什么关联，当然了，晶振只有一对，他们唯一的关联是用到同一对晶振，说实话，我不太明白你的话！ op111op 发表于 2016-2-2 22:40
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另外请教一下楼主，意大利模块的那个CMD信号是做什么用的
他是一个命令时钟，采样变化或者播放器有中断（电脑上的）就是用来产生中断的，中断后就是采样的数据时钟！！ 创意不错！
俺也做了一片板子放假折腾一下，为SPDIF输入转iis及右对齐输出，适合搭配各种不同的新老DA芯片。 usb的啊！有没有3.0 zhp25 发表于 2016-2-3 09:45
usb的啊！有没有3.0
当前的USB模块好像都没有USB3.0的吧，在说了USB2.0无论PCM 还是DSD都是有余的！！不过以后应该会有！！ 简单来说就是一个输入输出的USB界面了？赞啊~ xyj9903 发表于 2016-2-3 12:44
简单来说就是一个输入输出的USB界面了？赞啊~
USB只是一个部分！！ ljpwed 发表于 2016-2-2 22:33
SPDIF接收器 IIS接收器正弦波发生器都是独立的，他们之间并没有什么关联，当然了，晶振只有一对，他们唯 ...
谢谢！我已在你的回复中找到答案。 不错 LZ牛逼啊，不过，用双晶振做SPDIF的时钟恢复是不行的，除非你开了FPGA的PLL。
但是FPGA的PLL比一般的接收芯片要差一些，除非你能自己写牛逼的DPLL。
SPDIF解码出I2S之后，时钟必须是和外面的时钟源同步的。 chenxiuping15 发表于 2016-2-4 10:56
LZ牛逼啊，不过，用双晶振做SPDIF的时钟恢复是不行的，除非你开了FPGA的PLL。
但是FPGA的PLL比一般的接收 ...
呵呵！ 有些东西可能你没真正接触到FPGA吧，很多人当然会有旧观念去评价FPGA解码SPDIF，实际上接收芯片的PLL都不如FPGA的PLL，解码SPDIF当然是用到PLL的，自己写一个DPLL又有多难？无论是altera 还是Xilinx 实现DPLL都是非常简单的事，当然了你没有真正去实现 一个东西你自然是认为他是很难的，这个我是可以理解的！！ 俺感觉这东西在发烧友，尤其爱折腾的发烧友中用处大了，一块板子 把家里手机，平板，电脑，电视盒等都接在一块，同意一台dac输出，不知我理解的对吗