并联稳压PCM1794+WM8805+PCM2706DAC改进思路

WRONGWAY_CN1

LZ喜欢DIY，近日蠢蠢欲动，在X宝上购买了并联稳压PCM1794+WM8805+PCM2706DAC套件，主要看中PCM1794的参数，号称是世上最好的芯片，WM8805支持24bit，192K，LZ自己又不可能做PCB板，所以就买了套件。但是拿到套件后发现该DAC电路设计和世上第一芯片的要求还有差距，所以自己又做了改进。老实讲，主电路设计也没什么可以大改的，这些芯片都有厂家的说明书，外围线路已经提供得很详细了，电路和厂方提供有一点小差异，但对整体效果影响不大。我改的地方主要还是模拟部分的电源，因为此部分电源设计可以说太差劲了。
第一，一个最不能接受的是三个运放的正负供电居然没有0.1μF退偶电容，这个电容在PCM1794的产品说明书中画得很明白，当然PCB上不可能有位置了，只能在反面搭棚焊接，还好地线接点就在附近，三个运放各在正负极接了一个0.1μF的电容，共用了6个。
第二，并联稳压电源设计实在差劲，它的原理是恒流源提供比负荷大一倍的电流，然后在负荷端并联一个恒压的旁通，使电压稳定，此电路在上世纪5,60发明，据说能改善音质，应该说恒流源和恒压并联电路要求是很高的，但此DAC的设计就不敢恭维了。首先它的恒流源只是简单的用晶体管的起始偏压作为恒流的依据，受温度和电源波纹的影响很大，恒压部分用二个晶体管组成调整线路，根据模拟计算内阻很大，在Ω级的，受温度影响也大。基准电压居然还在用6.2V的齐纳稳压管，噪音大内阻大温度系数也大。首先我把并联电源改成串联稳压电源，因为LZ是技术党，主要依据还是电源的传统参数，串联电源的效率高，温度低（温度低应该噪声小），不用并联后电流小了，滤波后纹波也小了。把其中6.2V的稳压管换成TL431，减小噪声和温度漂移；电压检测改用差分电路，调整管用二级达林顿方式，和普通电路不同的是差分管的负载用了恒流管，以减小电源纹波对输出的影响。开始电路有振荡，在调整管上接了一个22PF的小电容就没有了。这些修改都是利用原来零件的插孔修改，也有的要搭棚焊接。根据模拟，此稳压电源的内阻为毫Ω级，噪声在微V级，温度漂移也极小，电源参数可以和PCM1794的参数对应了。
现在唯一不爽的是PCM1794的模拟部分的电源是和三个运放合用的，通过一个LT1086稳压到5V提供给PCM1794，很多此类DAC都是单独拉一路电源的，接下来LZ在考虑如何单独给这拉一路电源了。
经过这些修改，电源的质量大幅度提高，听感么我就不说了，因为听感有很大的主观性，LZ也不喜欢像有些所谓的玄学派无根据乱说一气。

awei0822

支持LZ的改进，并联电源其实很烂的，却被很多“发烧”人士视为灵丹妙药

寻欢作乐

技术党的LZ应晒晒图片，以供大家瞻仰学习，最好连原理图一并附上。

WRONGWAY_CN1

谢谢关注，LZ过几天再拆开拍照上图，原理图我慢慢画来。

落花萧然

很多DAC都是官方的方案，很少自己能出个新电路，能改的都是大牛级别的
DAC提高主要就是2个方面：1.电源；2.LPF
电源越干净越稳定越好，但是有人说电源经多级稳压会使声音死板，个人好恶吧
LPF是体现个性的地方，设计好了会很出彩的

haihaisean

设计好了会很出彩的

wfllsw0

并联稳压要慢慢调好，合适你这个电路才发挥优势，不然随便弄个上去是不对头滴。。

baishiniao

楼主请将修改的图片发上来让大家学习学习，我买的和你的一样，想改进电路，但没有楼主的技术能力。

WRONGWAY_CN1

我先把原模拟部分稳压电源测绘图画上,以便分析原电源的内阻、纹波和温度系数等。请原谅就用手画了。
我这是粗略的估算，所以有些次要的因素就忽略了。其中晶体管的Vbe大约0.65V，温度系数为2.5mV/℃，导纳大约为 Yfe=Ic/26,这是一个很有用的参数。
先来看整流以后的纹波，这个电源是全波整流，频率是50HZ，每一个周期有两次充电，所以每次充电的间隔时间是1/50X2秒，就是10毫秒。
根据波形分析，正弦波整流时一个周期内充电时间估计占20%~30%，放电时间占70%~80%，那么放电时间就算70%，乘10毫秒等于7个毫秒。
根据图上T1的Vbe大约0.65V计算，Ic2=Vbe1/R1=0.65/5.1=0.127A=127mA，就是说恒流源的电流大约为127mA。

纹波大小就应该等于放电时电容上跌落的电压，因为这个时候是纯放电。
根据CU=IT这个公式，纹波ΔU=IT/C=0.127*0.007/2200E-6=0.4V（峰-峰）。
整流后电压大约是UX1.4再减去整流管的压降，大概是20V。在R2上的电压是20V不到，电流大概是2mA。应该就是Ir2=Ic1+Ib2。
恒流源的电流是127mA，此电流由T2给出，假定好算一点，Hfe2=127，Ib2=Ic2/Hfe2=1mA，Ic1也等于1mA。各占Ir2的一半。
刚才说纹波是0.4V，那么R2的电流变化ΔIr2=ΔU/R2=0.4/10k=0.04mA,此电流变化绝大部分流入T1。
这个时候T1的ΔVbe1=ΔIc1/Yfe1=0.04/1/26=0.04*26=1.04mV，这时恒流源的ΔI=ΔVbe1/R1=1.04/5.1=0.2mA。
由于晶体管Vbe温度系数为2.5mV/℃，所以这个电源的温度系数是2.5/5.1=0.5mA/℃。
下面再来分析并联电源部分，一般并联电源旁流电流为一半，所以Ic4=127/2=64mA，Ib4=0.5mA（Hfe4也是等于127）。
Ic3=Vbe4/R4+Ic4=0.65/10k+0.5=0.565mA，Yfe3=26/0.565=46,这时流过稳压管的电流Iw=Ie3+（15-6.2）/10k=1.445mA。
这时如果稳压管的内阻等于零，稳压电源内阻应该是电流变化时T3基极电压（再加上分压比）的变化，由于有一级达林顿，电流变化量要除以Hfe4。
分压比为（6.2+0.65）/15≈0.5（但上面并联了一个电容，所以高频时认为分压比为1）
内阻R=ΔVbe3/(ΔIc3*Hfe4*0.5)=1/(Yfe3*Hfe4*0.5)=1/(46*127*0.5)=0.7Ω。
再来分析稳压管内阻对电源内阻影响，由于Ie3直接流过稳压管，所以电源内阻还要加上稳压管内阻除以Hfe4。

一般6.2v稳压管电流在41mA时为20Ω，在1mA时高达700Ω，1.445mA时估计有500Ω，除以127大概是4Ω。所以整个电源内阻是4.7Ω。
输出的纹波是ΔI乘以内阻，大约在1mV。纹波遏制比是50dB左右。
经过分析，这个电源的性能极差，还远远不及7815这类稳压管。电源的内阻大，各种信号通过电源互相干扰，如果有仪器测量一下，首先两个声道之间的串扰指标就不过关。
这个PCB布线也有很大问题，几个运放的电源布线应该分别从稳压电源中拉出，但实际上它就一路给3个运放供电，每个运放旁边还缺少退偶小电容。
最后一个运放应该两路分别用一个单运放，但它却将两路并在一起用一个双运放，两个声道输出的布线靠得很近走了一长段。

WRONGWAY_CN1

baishiniao 发表于 2013-6-21 11:08
楼主请将修改的图片发上来让大家学习学习，我买的和你的一样，想改进电路，但没有楼主的技术能力。

我已经将原电路和分析写出来了，要改进的话，如果不想大动，仍要采用并联电源，可以从下面三个方面入手：
1.最影响电源性能的是稳压管，现在的稳压管，不但内阻大，而且有齐纳噪声，虽然并了一个小电容，但并未彻底消除，建议将稳压管换成TL431,它的内阻在1mA到100mA都在0.22Ω，噪声又小，将R极和K极接通，直接可插入原来稳压管的位置，它的电压是2.5V，所以要调整W1使输出保持15V。消除了稳压管内阻的影响，电源内阻大大下降。虽然分压比增加，但总的内阻下降，这时候内阻大约为1.4Ω（这时并联的电容104就不能用了,要引起自激，建议换成10μf）。
2.原来的调整管再增加一级达林顿，这样内阻就进一步下降，下降幅度大约等于原内阻除以新加管的Hfe，这时候内阻理论上可以降到十几mΩ，当然这时候受PCB布线影响，不一定能降这么多。但几十mΩ还是能达到。这时纹波也同比例下降了，
3.将R3换成恒流管，纹波再进一步下降。

汝阳黑鹰

想知道LPF应该怎么搞，用官方的电路吗？

WRONGWAY_CN1

先放一张我的DAC的裸照,可以看到作了部分修改。

用了EI型的双变压器，数字部分和模拟部分分开，LPF的运放为国半双运放 LME49720NA.。
再放一张我实际的稳压电源线路

考虑用串联电源，主要是效率高，实际工作电流在30~40mA，不用散热片就能工作，温升低，噪声就小。这电源的内阻在10mΩ以内，温漂和噪声也小，不过这线路还不是最合理的，主要是现在这块板能将修改的部分装下。顺便说一声，我设计了两个真正能将性能发挥到极致的电路，一个是分立元件的，比现在这个要好一个数量级，还有一个是用运放伺服的，充分利用运放的高增益、高共模遏制比、高电源遏制比等特性，并且想法减小了基准电压的噪声，达到非常高的性能。给伟良的伍老板看了，他看了说这两个个线路起点很高，要根据这个开一块板子。到时我会和各位交流的。

baishiniao

能否传几张改进过局部的照片？方便学习，谢谢

baishiniao

WRONGWAY_CN1 发表于 2013-6-22 20:24
先放一张我的DAC的裸照,可以看到作了部分修改。

用了EI型的双变压器，数字部分和模拟部分分开，LPF的运放 ...

有好的效果，到时候可要通知我们哦

一生中最爱

mrtonylam 发表于 2014-1-4 17:27
不是并联电路烂，分立元件用得太多， 业余条件没有法买到好的晶体管，更不用说配对。电阻电容的精度也是个问 ...

赞同lz的说法

qinglang520

我觉得 国内的模拟部分的供电 做得特别烂 ，为何就不用5532做电源呢？又不是很贵 ，效果又够好，一般都用了7815和LM317这些垃圾