DS 數位雙核心擴大機裝機報告PART2--進階版 by hn702906
 

前言:

 

為了能夠讓更多人了解到我們雙核心數位擴大機的其中奧妙，我們在裝機報告後面緊接著寫了一篇較深入的文章，期待能夠讓更多朋友認識這個未來之星
 
 

為了讓各位能體會到數位擴大器的應用，增加學習的興趣，套件設計會是以具體而微的綜合擴大機為目標，並且數位擴大器周邊的配合電路儘量以簡單的數位邏輯電路來設計，也可以順帶複習基礎的數位電子學。讓大家能夠較輕鬆的接受基本理論，並能享受完成後的成就感。

 

為了符合絕大部份的使用需求，套件本身在輸入訊源上決定接受二種訊號來源：PC 的 USB訊源以及傳統的類比訊源。至於輸出方面，考慮到一般書架型的喇叭推動功率均不用太高就可以獲取足夠的音壓，因此我們設定輸出功率為2.5W~3W 。操作介面為了使用方便，均以按鍵方式為主。為了保留使用上的彈性，電源來源可以有二種選擇：外接式 5V供電，以及 PC USB埠供電。

 

規格確立之後，就是選擇應用的主動元件，也就是本次的主角---雙核心數位擴大IC。

 

首先我們先簡要的把系統需求切割成幾大區塊來考慮：電源區，輸入訊號處理區，訊源切換及功能控制區以及功率放大區。

首先功率 IC我們使用了 DCO-2200DS這顆 I2S輸入的數位擴大機晶片，因為單顆IC在理想狀況只有 1.5W左右的立體聲輸出，因此可以應用橋接的方式，左右聲道各以單一顆 IC負責，以增加近一倍的功率。可以到達3W!!

輸入訊源處理可再細分成類比 (Line-In) 轉 I2S及 USB轉 I2S二區。類比轉 I2S決定讓 CS5340來負責，而 USB轉 I2S則採用了USB-3528DS這顆 decoder。

而訊源轉換部份會以 Philips LVC家族的TTL邏輯閘為主。因為系統中應用到二組電源，但是又不希望把線路複雜化，在此選擇了 LT1084-3.3這顆穩壓器來從 5V降壓成 3.3V電源。
 
第一章--電路說明，為了解釋方便整個電路會分成以下幾個區塊來詳細說明：
 

1.電源:
 

系統中需要使用到二組電源，數位邏輯部份需要 3.3V，而 Power Buffer部份則要給予 5V。考慮到 USB標準是 5V供應，因此這裏使用 LT1084-3.3把 5V輸入部份穩壓成3.3V供給數位邏輯部份，5V直接推動 Power Buffer。電路設計如下圖。
 
 
為了也能使用外接電源，我們設計了一個簡單的 Jumper (J2)來切換供應電源是來自USB或是外接電源。EC1是 5V部份的濾波電容。C1，C2是3.3V部份的濾波電容，因為隔著一個 Regulator，因此這裏也加了一個洩放電阻(R42)。R1及D1構成了電源指示燈電路。
 
2.USB訊源
 
上圖是USB音源解碼的電路。主要是以 U8為主及其它配合的周邊電路。首先先說明周邊電路：
 

R34、C45是重置電路，第36腳為低電位時 U8進入reset狀態，而低電位至少需要維持1ms的時間才能完成初始化 U8的過程。


R32、C40是 U8內部 PLL所需要外接的 RC。


D4及R37是 USB動作指示燈，當 U6和PC成功建立起連線，則 U8第10腳會呈高電位，以點亮 D4。當建立連線後，PC端傳送音樂資料過來時，D4則會以大約一秒左右的間隔閃爍。


C37、C38、C39、C46、C47是 U8的 Bypass電容。


R33、R35、R36是為了匹配 USB規格而加的電阻。USB差動訊號從 J6進入後，經過這些電阻就接上 U8的第1、第2 pin。


U8工作的時脈為 12.000MHz，由 pin 45輸入。這裏是取用石英振盪器的 12MHz輸出來用。


音源解碼後，會以標準 I2S格式輸出。輸出有4根訊號：USB_MCLK(系統時脈)、USB_SDATA(音訊資料)、USB_SCLK(音訊同步時脈)、USB_FSYNC(聲道同步時脈)。U8是設定成 I2S Bus的 Master。
 
3.類比訊源:
 

類比訊源轉成數位訊源的電路如上圖。是以 U6 CS5340 A/D來把類比音源轉成數位音源。

 

R16、R20、R17、R21是輸入位準調整電路。一般來說，許多擁有類比音源輸出的前級訊源的位準變化很大，範圍可能從 0.5Vrms~2Vrms，而 U6線性表現最佳的輸入位準大約是 0.5Vrms附近。因此這裏利用了電阻分壓來得到適當比例的電壓給 U6。可以根據前級的訊源特性適當改變 R16/R17及R20/R21的比例。
C23、C24、C31、C34是輸入交連電容。可以選擇特性較好的交連電容以改善音質。


C25、C26、C27、C28、C29、C30、C32、C33、C35都是 U6的 Bypass電容。應用這麼多電容的原因是， CS5340在做類比數位轉換時，電源參考點需要精確，才會有較好的轉換品質。


把 ANL_SDATA(U6 pin 4) 這根訊號 pull-high的R18，決定了輸出數位訊號的格式。CS5340在初始化時，會去偵測 pin 4，如果為 High則輸出標準 I2S格式。
R19、C36作為 U6的重置電路，為了能安排各區塊之間合理的重置時序，這裏我們採用了這個數值。


U6也是工作在 12MHz的時脈，輸出音源有三根訊號線，分別為：ANL_SDATA(音訊資料)、ANL_SCLK(音訊同步時脈)、ANL_FSYNC(聲道同步時脈)。值得一提的是，U6也是設定成 I2S Bus的 Master，不過不用擔心，經由訊源切換電路的隔離，U6和U8不會相衝。同一條 I2S Bus上還是會只有一個Master而已。
 
4.靜音電路

 

一般常見的擴大機身上，都有靜音按鈕。在套件中，我們可以把 I2S Bus的資料線 (SDATA)歸零而達到一樣的效果。下圖是這個靜音控制電路，用二組 D正反器及二個 NAND閘構成。
 
按一下靜音按鈕S1(如上圖所示)，MUTE這條線會產生一個低脈波，傳到U10B的D pin。因為 U10B的 CLK pin是借用 ANL_FSYNC(約 46KHz左右)，因為 ANL_FSYNC的頻率會遠比按下去產生的低脈波高，因此在 U10B的 Q pin也會產生一個和輸入差不多的低脈波。
 
 
U9 pin 13是由 U10A這個 D正反器的 Q來控制，U10A的D和 Q_BAR(U10 pin 6)是接在一起，因此當 U10A 的CLK pin有正緣脈波，Ｄ的新值(原值的反相)就會被栓鎖住。也就是說 U10A只要在 CLK pin有接到脈波，就會把原來的值做為反相。而前面提到，U10A CLK pin的脈波是由 U10B的Q來產生。因為預設為正常播音，因此 U10A的 PRE_BAR及CLR_BAR設為HIGH。

輸入到 U2及U5的數位音訊資料 (I2S_DAT_O)會由 U9D (74LVC00)來進行控制，當U9 pin 13為高準位時，音訊資料I2S_DAT_I可以遞送過去到　I2S_DAT_O。U9 pin 13為低準位時，音訊資料 I2S_DAT_I就被擋在U9D這個 NAND閘上，恰好此時R39及D5構成的靜音指示燈也因為pin 13為低電位，壓差足夠，將會被點亮。因為應用了 NAND閘，所以 U9B接成了反閘的方式來還原訊號相位。
 
5.訊源切換:
 
USB及類比訊源最終都會被轉換成標準 I2S，輸入到 U2及U5。所以我們可以應用多工器來切換I2S Bus的數位資料，詳見下圖。
 
 
當 USB_EN為LOW時，U4會允許 1A~4A (來自USB訊號)傳到1Y~4Y，等於切換到 USB；反之則會允許 1B~4B傳到1Y~4Y，等於切換到 A/D。 1Y~4Y這四根線才是最終進入 Digital Amplifier IC的訊號線。至於 USB_EN這根訊號線如何實現切換的方式如下圖所示。
 
 
其實看到 U7A及U7B的接法，和做 MUTE控制的電路極為雷同。只是多了 D2+R22來點亮 USB指示燈；D3+R23來點亮 A/D指示燈。下圖是按鈕部份的電路。
 
 

考慮到實際應用上，有可能存在沒有跟電腦 USB端連線的情況，這時允許訊號源切換到USB並無意義。因此在這種情況下，我們會讓訊源切換電路自動失效，並且只鎖定在 A/D輸入。因此，我們利用了 USB 5V電源當成偵測標的。


D正反器，在CLR_BAR為HIGH，PRE_BAR為LOW時，Q(USB_EN)為HIGH；CLR_BAR為HIGH，PRE_BAR為HIGH時，Q(USB_EN)為LOW。剛好我們可以利用這種特性。R40、R41、C51就是做這些事。當 USB線插入時，USB 5V有電，我們就可以從 USB 5V經R40、R41分出大約 3.3V來給U7A的 PRE_BAR，這時D正反器可以正常轉態。當 USB未插時，USB 5V沒電，CLR_BAR只能過 R41接地，U7A輸出被鎖死成HIGH，也就是只能使用 A/D訊源。

不同的訊源，位準有可能不同。這樣可能造成一個問題，就是在切換訊源時聲音有可能突然變很大。為了解決這個問題，在切換訊源時我們也會把 U2及U5再做一次重置，把音量歸零。當然這個電路也是要跟著按 S1一起動作 (就是跟訊號線USB_EN一起跑)。
當做了切換訊源的動作時，USB_EN不是由HIGH變LOW，就是由LOW變HIGH，因此為了知道 USB_EN有轉態的情況，我們應用XOR輸入RC延時式的雙緣檢出電路 (U3A、U3B、U3C、R5、C11)。電路如下圖。
 
 
也就是說，一旦按下了訊源切換開關，USB_EN會轉態。經過了 U3、R5、C1的作用，U3的第3pin會輸出高脈波。因為 Digital Amplifier U2及U5是Low-Pulse-Trigger，我們再加入了 U9A來修正相位。
 
6.放大器:
 
 
R7、C12是 U2及U5的重置電路，在全部區塊的重置順序中，這一組是最慢的。C3、C4、C15、C18、C49、C50都是 Bypass電容。R3、R10是令 U2、U5工作在單聲道模式，因為我們希望它們各負責一個聲道。決定誰負責左聲道，誰負責右聲道的是在 R2、R9。R2接地，所以 U2負責左聲道；R9接HIGH，所以U5負責右聲道。
 
 
上圖是列出決定輸入 U2及U5數位音源的格式，目前是設定標準 I2S。
 
 
上圖是喇叭輸出的低通濾波器。電路的數值是經過許多測試得到的最佳值，請儘量不要修改。
 
第二章:安裝說明--將DS數位雙核心擴大機安裝到您的電腦上
 
本套件是 USB及 Line-In 二用，雖然不用任何額外的驅動程式，但因為 USB輸入部份，在第一次插進 PC時，有需要做一些動作讓 Windows能順利辨認，因此在此特別介紹設定的步驟。

USB 安裝設定步驟：（以 Windows XP為例）

1. 當套件的 USB埠接上電腦的USB介面時，在桌面的右下方會出現一個找到新硬體的提示。見下圖。
 
2. 此時Windows-XP提示已找尋到一個新的USB音效裝置。等候一小段時間之後，會出現如下圖的提醒視窗，請各位將選擇項目選在”不，現在不要”，再按”下一步”繼續。
 
 
3. 下一個會出現如下圖的提醒視窗，請各位將選擇項目選在”自動安裝軟體(建議選項)”，再按”下一步”繼續。
 
 
4. 接著 Windows-XP 會自動安裝所需要的驅動程式，一直等到下圖視窗出現後，請在視窗的”完成”按下後，完成整個驅動程式安裝流程。
 
 
4. 特別要注意的是、由於一台電腦上可能會存在多個聲音與音訊裝置，在啟動撥放軟體之前，最好先檢查一下目前的”聲音與音訊裝置”是設定在那一組裝置來負責撥放，才不會發生撥放軟體已經開始動作，但是看不到模組上USB連線指示燈號未閃爍，沒有聲音撥放出來的情形。 首先進入到”控制台”中(如下圖)，開啟”聲音與音訊裝置”。
 
 
6. 接著點選上方”音訊”的選單，會看到”音效撥放”中的”預設裝置(D)”，將選單點一下後選擇”USB 音效裝置”，在點選”確定”後退出整個設定，或是點選”套用”先變更設定並且保留視窗下來；這樣就可以將Windows所要撥放用的裝置設定為使用數位擴大器套件模組來撥放。請參考下圖動作。
 
 
 
Windows介面標準操作方式
 
當工作在 USB訊源輸入的模式下，套件也可以利用 Windows的介面來做一些簡單的功能控制。在此詳述如下：

1. 先確定數位擴大機套件的 USB線已經插到 PC的　USB port，而且上面的　USB Plug指示燈也亮起，並按下切換訊源鈕，使 USB訊源指示燈是亮的。
2. 點兩下桌面右下方的喇叭圖示，見下圖。把系統音量控制叫出
 
3. 調整”Wave” 的音量，在刻度大約一半的地方。參見下圖。
 
 
**請注意，調整 “桌上喇叭“並不能改變音量。

4. 請把慣用的播放程式叫出，然後播放自己喜歡的音樂。音量可以隨自己喜好調大調小。
 

以上就是DS數位雙核心擴大機的安裝方式，相信到這邊有許多的朋友已經開始享受這款數位擴大機所帶來的美妙音樂，我們期待有更多人可以擁有
這款超值的數位擴大機，以往桌上型電腦喇叭不能夠表現的許多音樂，在這款數位擴大機所帶來的不同層面，足以讓我們感受到數位時代的衝擊!!