纯单片机做的DSD播放器，历时一年，从数字转盘到播放器，从PCM到DSD

cdream

haluo 发表于 2015-5-20 12:31
“至于说到晶振 20ppm 抖动、F407 的 400 ps 抖动（记得是这个量级），这个就完全不是数字抖动的问题了， ...

同意，微小的量变累积会引起巨大的质变

jialong0926

cdream 发表于 2015-5-20 12:34
同意，微小的量变累积会引起巨大的质变

我的理解是，不同时钟体系的数字接口之间会存在这个累积问题。因为累积到一定时候就可能会产生bit级别的错位。
但任何主从结构的通信协议中，不存在累积错位，只存在时间的少许滞后或超前。因为时钟完全由主设备提供，没有同步和错位问题。

我的理解可能也不准确，多谢探讨

cdream

jialong0926 发表于 2015-5-20 12:51
我的理解是，不同时钟体系的数字接口之间会存在这个累积问题。因为累积到一定时候就可能会产生bit级别的 ...

每个数据都这样抖一下，就浑身发抖

haluo

jialong0926 发表于 2015-5-20 12:51
我的理解是，不同时钟体系的数字接口之间会存在这个累积问题。因为累积到一定时候就可能会产生bit级别的 ...

“jitter只存在于多时钟情况下不同时钟数字系统之间在时间上的不匹配“这个结论，我认为是不正确的，单时钟系统也存在jitter问题。
同步和错位，指的是”能不能接收到准确的数据“，以最终接收到数据准不准确为最终目标。
而音频解码的关键在于要在”准确的时间接收到准确的数据“，就是不光要数据准，数据送到的时间要更准
这个”准确的时间“到底有多“准”就是用jitter来衡量的。
我说这些的原因是想让你知道，jitter很重要，你的处理方式，并没有避开这个问题。

jialong0926

整体结构之后，该说说主控了。

主控采用 STM32F407，连接以下部件：

1、晶振，由一个 11.0592MHz 晶振提供时钟。单晶振可支持不同采样率完美匹配的说明之前已经提到过了。

2、数据来源：TF卡，直接采用 STM32F407 的 SDIO 接口连接。关于 TF 卡如何与 F407 连接，只需要注意几个上拉电阻就可以了。STM32F407 的 SDIO 可以采用 4 bit 模式与 TF 卡通信，我自己实测的速度 > 5Mbytes/s。这个速度足够任何格式、任何采样率和采用宽度的 2 声道文件播放了。

3、CS4398，这个 DAC 接线也比较简单，I2S 和 DSD 共用 4398 的几个管脚，F407 采用软控方式，实时切换不同采样率、不同音乐格式的 4398 寄存器参数。另外，4398 需要的 MCLK 信号由 F407 的 I2S 功能使能 MCLK 实现。

4、交互，由 STM32F030 和 F407 通过 SPI 协同实现。歌曲信息、播放进度等由 F407 采用主模式实时传送过 F030，同时 F030 通过从模式把按键、遥控器控制信号实时回传给 F407，实现切歌、静音、暂停、音量控制等功能。由于 SPI 是双工的，因此 F407 和 F030 之间的信息是同时双向传送的。

5、字库维护，由 F407 接收 F030 的指令，从 TF 卡的文件中读出字库，写到 W25Q32 FLASH 中。这个功能是为了防止字库被意外地擦除而设置的。

6、固件升级，F407 的固件采用 TF 卡自动升级的方式，每次加电时，F407 的 bootloader 发现有需要升级的固件文件，就自动进行主控 MPU 的固件升级。

jialong0926

rabbitgg 发表于 2015-5-20 14:34
高手啊！完成度非常高了！还支持这么多的格式，特别是dsf、dsd-iso，好多商品机都没这支持格式多。

请教 ...

DSD 只是借助 STM32 的 I2S 管脚，实际上 STM32F4 并不支持 DSD 数字信号输出，是通过模拟转换方式实现的。

只是在实现的时候需要非常好地控制 MCLK、DSD-CK、DSD-A、DSD-B 几个信号之间的同步。

jialong0926

haluo 发表于 2015-5-20 14:43
“jitter只存在于多时钟情况下不同时钟数字系统之间在时间上的不匹配“这个结论，我认为是不正确的，单时 ...

非常认同你的说法：同步和错位，指的是”能不能接收到准确的数据“，以最终接收到数据准不准确为最终目标。

在我的DIY播放器系统里面，最重要的就是 I2S 信号、DSD 信号是否准确地传输给了 CS4398，包括几个信号 MCLK、BCLK、WS、DATA之间的同步。在音频范畴，最大 50 M的频率，相对于 400 ps 的抖动，大致会引发一个时钟产生 100万分之一 bit 的错位，从这个方面来看，感觉 CS4398 不会有特别大的变化。

之所以说这个抖动不会累积，是因为 MCLK、BCLK、WS、DATA 之间的同步完全是由 F407 实现的，这4组信号之间不会产生错位。
而 CS4398 的数据手册中甚至提到：MCLK 与 其他信号之间不需在相位上有严格要求，只需要在同步方面严格一致就可以了。

F407 对于确保 MCLK、BCLK、WS、DATA 之间的同步，一定是没有问题的，否则意法半导体可能都不好意思推出 I2S 接口产品了。

拙见，不一定准确，一起探讨交流。

jialong0926

DAC CS4398

之所以选这个芯片，也没有什么特别的原因，就是看其他玩家的评价尚可，而且最主要是价格便宜（某宝价不到10元）。

最初其实并没有考虑过 DSD 的事情，后来随着 DIY 的深入，歪打正着的是刚好 CS4398 可以支持 DSD 直解输出（也可以设置为转 PCM 输出）。

4398 接收 F407 发送的数字音频信号（I2S 和 DSD），通过由 F407 软控预设的寄存器参数来实现不同采样率（44.1K-192K）、不同类型（PCM、DSD）、不同输出方式（DSD直解输出、转PCM输出）、音量控制（256级软控，只针对耳机输出有效）等处理。

4398 模拟输出是左右两路差分信号，通过 LPF 由低电压运放完成最终的模拟信号输出。

4398 有大量资料和介绍，这里就不多啰嗦了。

jialong0926

运放、继电器及静音

播放器采用的是低电压运放，单电源供电，测试过 AD828AR、OPA2132UA、OPA2134UA，都没有问题。

由于是单电压供电，运放最终输出的是带直流分量的模拟信号，必须加耦合电容。耦合电容采用无极性电解电容，10uf。

直流分量、耦合电容，这些因素导致了开关机爆音的问题。

为了解决这个问题，加上了继电器，欧姆龙的，非常小，可同时传输两路信号。

加上继电器后，开机、切歌没有任何电噪音，关机有非常轻微的噪音。

但是，如果每首歌的切换都靠继电器静音，也不安静。因为继电器本身会有金属机械接触的噪音，我选的这个继电器开合的声音已经非常小了，但仍然清晰可闻。

最后，依据 CS4398 静音电路的建议电路，增加了静音处理，每次切歌时，不再用继电器静音，而是用静音三极管静音。

因为我的整个电路中没有负电压，而静音电路必须加入负电压，否则输出音频的负半周在 -0.7 V 以下的部分会产生严重的失真。因为这个原因，又加了一个 ICL7660，来产生负电压。

jialong0926

耳放

耳放最初采用的是 TPA6132A2，很便宜，可提供 25mw 的驱动能力。

但是这个耳放芯片的定位是手机等设备的耳机输出，其素质听下来确实不高，声音比较含糊。

后来用了 MAX9722 和 MAX97220，这两个耳放芯片的整体听感远超 TPA6132A2，就用它了。

还有一个好处是，MAX9722 和 MAX97220 QFN 封装的产品，PCB 可以共用，多焊接一个电阻的区别而已。

MAX9722、MAX97220本身是可以直接支持差分信号输入的，但是我自己测试下来，发现在这样的配置下，会有非常奇怪的“混响”，原因不明。最终，改为从运放耦合电容后取音频信号进行耳放输入，就完全没有任何噪音了。

耳放本身由 F407 控制是否使能，只有在主控探测到耳机插入的情况下，进入耳机模式，才会使能耳放芯片。

另外，在耳机模式下，主控会自动降低 CS4398 的输出音量，以防止声音过大的问题。只有在耳机模式下，才能调节 CS4398 的音量输出大小。

说实话，QFN 的芯片真的很难焊，多数情况下的耳放问题，都是由于焊接不良引起的。至今我也没有很好的办法把 QFN16 的耳放芯片焊接好。

czy888

jialong0926 发表于 2015-5-20 14:48
整体结构之后，该说说主控了。

主控采用 STM32F407，连接以下部件：

挺能白话的！支持！

jialong0926

同样的静音电路，在 line out 输出上用没有问题，但是，用在耳机输出静音上，问题就来了。

jialong0926

分析下来，多半是因为外接功放的输入阻抗通常达到20k欧姆，这样，1欧姆的静音三极管内阻会旁路掉99.99%的信号，当然可以静音了。

jialong0926

而耳机通常单边16欧姆，1欧姆的内阻，只能旁路95左右的信号，5%的信号足以让耳机啪的一声了。而且在爆音时，瞬时电压通常波峰较高，更增大声音。

战斗牛

有趣的东西，先关注了！

haluo

jialong0926 发表于 2015-5-20 15:04
非常认同你的说法：同步和错位，指的是”能不能接收到准确的数据“，以最终接收到数据准不准确为最终目标 ...

收到准确的数据是声音出来”正确“的前提
而非是”声音好听“的前提
经常有老烧说“出声容易，好听难啊！”这话我很是赞同。

没有打击你的意思，因个人也经常做音频类的东西，有所感而已。

jialong0926

haluo 发表于 2015-5-20 19:03
收到准确的数据是声音出来”正确“的前提
而非是”声音好听“的前提
经常有老烧说“出声容易，好听难 ...

不管怎样，谢谢你的建议，我会继续关注相关问题的

阿甲1

既然有了付电压，后级可以用双电源了，避免了输出电容等东西，冲击声也会好点

jialong0926

阿甲1 发表于 2015-5-20 20:49
既然有了付电压，后级可以用双电源了，避免了输出电容等东西，冲击声也会好点

这个是好主意，后续版本实验一下，谢谢