音频DAC技术详解：从 Sigma-Delta 到采样率转换

“Report_audiodac.pdf”涵盖了音频数字模拟转换器（DAC）技术的多个重要方面，特别是关于Σ-Δ（Sigma-Delta）DAC的深入讨论。文章由Ivar Løkken撰写，旨在提供对高分辨率音频DAC系统设计挑战和解决方案的洞察。 文章首先介绍了数字音频转换过程的基本概念，通过一个典型的音频DAC系统的示例来阐述，包括数据通过索尼/飞利浦数字音频接口（SP-DIF）传输，然后通过I2S接口传递到后续芯片。在许多现代系统中，常常在DAC之前插入异步采样率转换器（ASRC），以适应不同源的采样率。 接着，文章详细讨论了抖动（jitter）问题，包括采样抖动和接口抖动。在2.1节中，作者分析了采样抖动的可听性和不同类型DAC（如奈奎斯特DAC、过采样DAC和Σ-Δ调制器）对抖动的敏感性。2.2节则关注接口抖动，特别提到了AES3/SP-DIF接口的问题。测量和处理抖动的方法也在2.3节中进行了探讨。 第三部分讨论了采样率转换的优缺点。文章解释了采样过程、采样率转换的概念，以及过采样和欠采样的简要回顾。此外，还介绍了任意采样率转换器（AASRC）的设计要求，如过采样比率、过采样滤波器，以及频率跟踪单元的作用。 第四部分关注量化和去噪声（dithering）。文章引用了Bennett的加性噪声近似和特征函数方法，比较了无噪声量化和有噪声量化的效果，讨论了dither信号的作用，并澄清了一些关于dither的误解。同时，它还分析了量化器输出频谱，区分了非采样信号和采样信号的情况。 第五部分专门介绍了Σ-Δ调制器的工作原理和相关问题，包括闲置音行为、量化器过载和调制器稳定性。还讨论了多环（MASH）调制器和优化调制器的任意噪声转移函数（NTF）和梳状滤波器（STF）。 第六部分涉及DAC中的动态元素匹配（DEM），解释了为何采用多比特技术，如何实现多比特转换，并探讨了如何减少元素间的不匹配以及第二阶元素动态元素匹配。 最后，文章概述了当前音频DAC的最新技术成就，包括24位立体声DAC和126dB动态范围的电流模式高级分段DAC等，强调了它们的解决方案和性能指标。 这份报告提供了对音频DAC系统设计的全面理解，特别是Σ-Δ调制技术，以及与之相关的抖动控制、采样率转换、量化噪声和动态元素匹配等问题。对于深入研究音频电子学或相关领域的读者来说，是一份宝贵的学习资料。