基於高通 QCC5181 aptX Adaptive 24-bit/96KHz/Lossless 的發(fā)燒級(jí)藍(lán)牙擴(kuò)大機(jī)方案

在當(dāng)今追求極致無(wú)線音訊體驗(yàn)的時(shí)代，藍(lán)牙技術(shù)已不再是音質(zhì)妥協(xié)的代名詞。隨著高通（Qualcomm）aptX Adaptive 音訊編解碼技術(shù)的日趨成熟，以及其最新晶片解決方案的推出，打造一臺(tái)兼具便利性與發(fā)燒級(jí)音質(zhì)的藍(lán)牙擴(kuò)大機(jī)已然成為可能。本文將深入探討一個(gè)基於高通最新旗艦級(jí)音訊系統(tǒng)單晶片（SoC）——QCC5181，實(shí)現(xiàn) aptX Adaptive 24-bit/96kHz 及 Lossless 無(wú)損音質(zhì)傳輸?shù)母邆髡嫠{(lán)牙擴(kuò)大機(jī)方案。我們將從核心晶片的功能特性出發(fā)，詳細(xì)剖析週邊關(guān)鍵元器件的選型考量、器件作用、功能詳解以及為何如此選擇，旨在為音響設(shè)計(jì)工程師及資深音響愛(ài)好者提供一份兼具深度與廣度的技術(shù)藍(lán)圖。本方案的目標(biāo)是打造一臺(tái)在無(wú)線連接下，音質(zhì)表現(xiàn)能與傳統(tǒng)有線高解析度音源相媲美的頂級(jí)藍(lán)牙擴(kuò)大機(jī)，滿足最挑剔的耳朵對(duì)聲音細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)與情感的極致追求。

核心引擎：Qualcomm QCC5181 系統(tǒng)單晶片 (SoC)

本方案的心臟是高通公司推出的 QCC5181 超低功耗藍(lán)牙音訊SoC。選擇 QCC5181 作為整個(gè)系統(tǒng)的起點(diǎn)，是基於其在當(dāng)前市場(chǎng)上無(wú)與倫比的技術(shù)規(guī)格與整合度。QCC5181 隸屬於高通QCC51xx系列中的頂級(jí)產(chǎn)品，專為需要卓越音質(zhì)、強(qiáng)大功能和持久續(xù)航的音訊設(shè)備而設(shè)計(jì)。它不僅僅是一顆藍(lán)牙接收晶片，更是一個(gè)高度整合的音訊處理平臺(tái)。

在核心的藍(lán)牙音訊傳輸能力上，QCC5181 支援最新的藍(lán)牙 5.4 規(guī)範(fàn)，確保了更快速、更穩(wěn)定、更遠(yuǎn)距離的無(wú)線連接。然而，其真正的魅力在於對(duì)高通 Snapdragon Sound? 技術(shù)套件的全面支援，其中包含了我們方案的核心——aptX Adaptive 編解碼技術(shù)。aptX Adaptive 能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整位元率，以適應(yīng)不同的射頻（RF）環(huán)境。在訊號(hào)良好的環(huán)境下，它可以將位元率提升至最高水平，支援高達(dá) 24-bit/96kHz 的高解析度音訊串流，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)SBC、AAC甚至aptX HD更為豐富的聲音細(xì)節(jié)和更寬廣的頻率響應(yīng)。這種高解析度模式對(duì)於還原錄音室母帶級(jí)的音質(zhì)至關(guān)重要，能夠捕捉到音樂(lè)中最細(xì)微的泛音和動(dòng)態(tài)變化。更令人振奮的是，QCC5181 同時(shí)支援 aptX Lossless 技術(shù)。當(dāng)與同樣支援 Snapdragon Sound 的訊源設(shè)備（例如搭載最新 Snapdragon 處理器的高階智慧型手機(jī)）配對(duì)時(shí)，aptX Lossless 能夠以數(shù)學(xué)上無(wú)損的方式傳輸 CD 品質(zhì)的 16-bit/44.1kHz 音訊。這意味著，使用者可以透過(guò)藍(lán)牙享受到與實(shí)體CD完全一致的音質(zhì)，徹底消除了壓縮音訊所帶來(lái)的資訊損失，這對(duì)於追求原音重現(xiàn)的發(fā)燒友而言，是一個(gè)革命性的突破。

從處理能力來(lái)看，QCC5181 內(nèi)部採(cǎi)用了強(qiáng)大的四核心處理器架構(gòu)，包括一個(gè)高達(dá) 80MHz 的應(yīng)用處理器雙核心子系統(tǒng)，以及兩個(gè)高達(dá) 240MHz 的可程式化 Qualcomm Kalimba? DSP 音訊子系統(tǒng)。如此強(qiáng)悍的運(yùn)算能力，不僅能輕鬆?wèi)?yīng)對(duì) aptX Adaptive 和 Lossless 的複雜編解碼運(yùn)算，還為未來(lái)的功能擴(kuò)展，例如等化器（EQ）調(diào)整、數(shù)位分音、空間音效處理等，預(yù)留了充足的性能裕量。設(shè)計(jì)者可以利用其靈活的軟體開(kāi)發(fā)套件（SDK）和強(qiáng)大的 DSP 功能，客製化獨(dú)特的音效演算法，打造出具有品牌特色的聲音簽名。

再者，QCC5181 提供了豐富的數(shù)位音訊介面，這是它能夠與外部高性能數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）無(wú)縫接軌的關(guān)鍵。它支援標(biāo)準(zhǔn)的 I2S（Inter-IC Sound）和 SPDIF 數(shù)位音訊輸出，最高可支援 192kHz/24-bit 的規(guī)格。I2S 介面是本方案的首選，因其將時(shí)脈訊號(hào)（BCLK、LRCK）與數(shù)據(jù)訊號(hào)（DATA）分離傳輸，相比於需要額外編解碼的 SPDIF，I2S 的架構(gòu)更為直接，能有效降低時(shí)脈抖動(dòng)（Jitter）對(duì)音質(zhì)的影響。QCC5181 的 I2S 介面可以被配置為主模式（Master Mode）或從模式（Slave Mode），這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在本方案中，我們傾向於將 QCC5181 設(shè)置為主模式，由其內(nèi)部高精度的時(shí)脈產(chǎn)生器生成主時(shí)脈（MCLK）以及 I2S 所需的位元時(shí)脈和聲道時(shí)脈，直接驅(qū)動(dòng)後端的 DAC 晶片。這樣的設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)時(shí)脈架構(gòu)，避免多個(gè)時(shí)脈源之間的干擾。

QCC5181 的超低功耗特性也是一個(gè)不容忽視的優(yōu)點(diǎn)。即便在處理高解析度音訊時(shí)，其先進(jìn)的製程和電源管理架構(gòu)也能將功耗維持在極低水平。這對(duì)於設(shè)計(jì)一款需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)和播放的家用擴(kuò)大機(jī)而言，同樣具有重要意義，有助於降低整機(jī)的靜態(tài)功耗和發(fā)熱量，提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使用壽命。

選擇 QCC5181 作為本方案的核心，是因?yàn)樗昝赖仄鹾狭宋覀儗?duì)極致無(wú)線音質(zhì)的追求。它提供的 aptX Adaptive 24-bit/96kHz 和 Lossless 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高傳真音訊的基礎(chǔ)；其強(qiáng)大的處理能力為音質(zhì)優(yōu)化和功能擴(kuò)展提供了無(wú)限可能；其靈活的 I2S 數(shù)位音訊介面是連接後級(jí)發(fā)燒級(jí)解碼電路的橋樑；而其低功耗特性則保證了整個(gè)系統(tǒng)的高效與穩(wěn)定。可以說(shuō)，QCC5181 為我們打造頂級(jí)藍(lán)牙擴(kuò)大機(jī)奠定了最堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基石。

數(shù)位靈魂的精準(zhǔn)詮釋：數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器 (DAC) 選型

如果說(shuō) QCC5181 是擴(kuò)大機(jī)的大腦，那麼數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）就是這臺(tái)機(jī)器的靈魂。DAC 的核心職責(zé)是將來(lái)自 QCC5181 的 I2S 數(shù)位音訊串流，精準(zhǔn)無(wú)誤地轉(zhuǎn)換為類比音訊訊號(hào)。這一環(huán)節(jié)的性能，直接決定了最終聲音的解析度、動(dòng)態(tài)範(fàn)圍、訊噪比以及音色的準(zhǔn)確性。為了匹配 QCC5181 的 24-bit/96kHz 輸出能力，並追求極致的發(fā)燒級(jí)音質(zhì)，我們必須選擇業(yè)界公認(rèn)的頂級(jí)高性能 DAC 晶片。經(jīng)過(guò)深入的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)評(píng)估，我們篩選出三款極具代表性的候選型號(hào)：Texas Instruments (TI) PCM1794A、ESS Technology ES9038Q2M 以及 Asahi Kasei Microdevices (AKM) AK4493S。

我們的首選是 Texas Instruments PCM1794A。這款 DAC 在高傳真音響領(lǐng)域享有盛譽(yù)，被譽(yù)為一代經(jīng)典，至今仍是許多頂級(jí)音響器材的核心選擇。選擇 PCM1794A 的理由極其充分。首先，其核心架構(gòu)採(cǎi)用了 TI 獨(dú)特的 Advanced Segment DAC 技術(shù)，結(jié)合了傳統(tǒng) R-2R 梯形網(wǎng)路和單位元調(diào)變器的優(yōu)點(diǎn)，能夠在極寬的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低的失真。其規(guī)格參數(shù)極為出色，在單聲道模式下（本方案可採(cǎi)用兩顆 PCM1794A 分別處理左右聲道，以達(dá)到最佳性能），動(dòng)態(tài)範(fàn)圍（Dynamic Range）高達(dá)驚人的 132dB，總諧波失真加噪聲（THD+N）則低至 0.0004%。如此卓越的指標(biāo)，意味著它能夠還原出極其純淨(jìng)、背景漆黑的聲音，同時(shí)在處理大動(dòng)態(tài)音樂(lè)片段時(shí)，從最微弱的細(xì)節(jié)到最爆棚的樂(lè)章都能應(yīng)付自如，絕無(wú)壓縮感。其次，PCM1794A 是一款純粹的電流輸出型 DAC。電流輸出型 DAC 的優(yōu)點(diǎn)在於其內(nèi)部類比電路可以工作在一個(gè)更為線性的狀態(tài)，從而獲得更低的失真。雖然這要求外部必須設(shè)計(jì)一個(gè)高品質(zhì)的電流-電壓（I/V）轉(zhuǎn)換電路，但這也為設(shè)計(jì)師提供了更大的發(fā)揮空間，可以透過(guò)精心挑選的運(yùn)算放大器（Op-Amp）和被動(dòng)元件來(lái)對(duì)音色進(jìn)行精細(xì)的調(diào)校，打造出獨(dú)特的聲音風(fēng)格。再者，PCM1794A 支援高達(dá) 200kHz 的取樣率和 24-bit 的數(shù)據(jù)深度，完全滿足 QCC5181 輸出的 96kHz/24-bit 規(guī)格，並留有相當(dāng)大的餘裕。其 I2S 介面相容性良好，可以輕鬆地與 QCC5181 對(duì)接。總結(jié)來(lái)說(shuō)，選擇 PCM1794A，就是選擇了一種不妥協(xié)的、追求極致類比味道和音樂(lè)性的設(shè)計(jì)路線。它或許需要更為考究的週邊電路設(shè)計(jì)，但其潛力一旦被完全挖掘，所能呈現(xiàn)的聲音質(zhì)感和音樂(lè)感染力是無(wú)與倫比的。

第二個(gè)備選方案是 ESS Technology ES9038Q2M。ESS Sabre 系列 DAC 以其極高的解析度和銳利的聲音線條而聞名，ES9038Q2M 則是其行動(dòng)和消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品線中的旗艦型號(hào)。選擇它的理由在於其高度整合的先進(jìn)技術(shù)和同樣頂尖的性能指標(biāo)。ES9038Q2M 內(nèi)部搭載了 ESS 專利的 32-bit HyperStream? II DAC 架構(gòu)和時(shí)域抖動(dòng)消除器（Time Domain Jitter Eliminator）。這項(xiàng)抖動(dòng)消除技術(shù)尤為關(guān)鍵，它能夠主動(dòng)抑制來(lái)自前端數(shù)位源（包括 QCC5181）的時(shí)脈抖動(dòng)，確保 DAC 在轉(zhuǎn)換時(shí)使用的是一個(gè)極其穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)脈，從而顯著提升聲音的清晰度和聲場(chǎng)的穩(wěn)定性。在規(guī)格上，ES9038Q2M 的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍可達(dá) 128dB，THD+N 則低至 -120dB，性能直逼 PCM1794A。與 PCM1794A 不同的是，ES9038Q2M 是一款電壓輸出型 DAC，並內(nèi)部整合了高品質(zhì)的輸出放大電路。這大大簡(jiǎn)化了後級(jí)類比電路的設(shè)計(jì)複雜度和成本，設(shè)計(jì)師無(wú)需再為 I/V 轉(zhuǎn)換電路費(fèi)心，可以直接將其輸出連接到後級(jí)的濾波和緩衝級(jí)。此外，ES9038Q2M 提供了極為豐富的數(shù)位處理功能，例如多種可選的數(shù)位濾波器滾降特性（fast/slow roll-off），設(shè)計(jì)師可以藉此微調(diào)聲音的瞬態(tài)響應(yīng)和聽(tīng)感，以適應(yīng)不同的音樂(lè)類型和個(gè)人偏好。它還支援 I2C 介面進(jìn)行軟體控制，可以實(shí)現(xiàn)更為複雜的功能，如音量控制、聲道平衡等。選擇 ES9038Q2M，代表著一種追求現(xiàn)代、高解析、高整合度和功能性的設(shè)計(jì)思路，它能夠以更低的設(shè)計(jì)門(mén)檻，實(shí)現(xiàn)極高水準(zhǔn)的聲音表現(xiàn)。

第三個(gè)選擇是 Asahi Kasei Microdevices (AKM) AK4493S。AKM 的 DAC 一向以其溫潤(rùn)、自然的「絲絨之聲」（VELVET SOUND）而備受推崇。AK4493S 作為其新一代的旗艦型號(hào)，繼承並發(fā)展了這一聲音哲學(xué)。它採(cǎi)用了最新的 VELVET SOUND | VERITA? 架構(gòu)，致力於在提供高規(guī)格參數(shù)的同時(shí)，還原出最真實(shí)、最富音樂(lè)性的聲音。其動(dòng)態(tài)範(fàn)圍和訊噪比可達(dá) 123dB，THD+N 為 -113dB，雖然在極限參數(shù)上略低於前兩者，但其獨(dú)特的音色魅力是其最大的優(yōu)勢(shì)。AK4493S 在設(shè)計(jì)上特別注重降低帶外噪聲，其獨(dú)有的 OSR-Doubler 技術(shù)使其能夠在寬廣的頻寬內(nèi)保持極低的噪聲水平，這使得其聲音背景非常寧?kù)o，樂(lè)器質(zhì)感和人聲情感的刻畫(huà)尤為細(xì)膩動(dòng)人。與 ES9038Q2M 類似，AK4493S 也提供了多種數(shù)位濾波器選項(xiàng)，並支援 I2S、DSD 等多種數(shù)位輸入格式，相容性極佳。AKM 的晶片在電源設(shè)計(jì)上也有其獨(dú)到之處，對(duì)電源的純淨(jìng)度要求極高，但一旦提供了優(yōu)質(zhì)的供電，其回報(bào)的聲音品質(zhì)也是非常驚人的。選擇 AK4493S，更多的是一種對(duì)特定音色美學(xué)的追求，它旨在打造一臺(tái)聲音不僅僅是「高傳真」，更是「悅耳動(dòng)聽(tīng)」、充滿情感溫度的擴(kuò)大機(jī)。

最終，在本方案中，我們將以 TI PCM1794A 作為首選進(jìn)行後續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)闡述。原因是，它的電流輸出架構(gòu)給予了我們?cè)陬惐入娐吩O(shè)計(jì)上最大的自由度和最高的潛力上限，最符合我們打造一臺(tái)不計(jì)成本、追求極致音質(zhì)的發(fā)燒級(jí)產(chǎn)品的初衷。我們將採(cǎi)用兩顆 PCM1794A 構(gòu)成單聲道（Mono）模式，將左右聲道的數(shù)位訊號(hào)分離處理，徹底杜絕聲道串?dāng)_，最大化其 132dB 的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍性能。這將為後續(xù)的類比電路設(shè)計(jì)提出更高的要求，但也正是這些細(xì)節(jié)的堆砌，才得以鑄就真正的頂級(jí)音響器材。

類比訊號(hào)的精雕細(xì)琢：I/V轉(zhuǎn)換、濾波與前級(jí)放大電路

在選定 TI PCM1794A 這顆電流輸出型的頂級(jí) DAC 之後，後續(xù)的類比電路設(shè)計(jì)便成為了決定最終音質(zhì)成敗的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)。這部分電路的核心任務(wù)有三：首先，是進(jìn)行電流-電壓（I/V）轉(zhuǎn)換，將 PCM1794A 輸出的微弱差分電流訊號(hào)，無(wú)損地轉(zhuǎn)換為電壓訊號(hào)；其次，是進(jìn)行低通濾波（LPF），濾除 DAC 轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的帶外數(shù)位噪聲和鏡像頻帶，確保輸出純淨(jìng)的音訊訊號(hào)；最後，是進(jìn)行適當(dāng)?shù)木徯n和前級(jí)放大，為後級(jí)功率放大器提供一個(gè)具有足夠驅(qū)動(dòng)能力和合適電平的音訊訊號(hào)。這整個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)元器件的選擇極為苛刻，尤其是核心的運(yùn)算放大器（Op-Amp）。

在運(yùn)算放大器的選型上，我們必須聚焦於那些專為高傳真音響設(shè)計(jì)的、具有超低噪聲、超低失真、高轉(zhuǎn)換速率（Slew Rate）和寬頻寬特性的型號(hào)。這些特性確保了訊號(hào)在放大和處理過(guò)程中，不會(huì)引入額外的噪聲和失真，並且能夠完美地處理高解析度音訊所包含的豐富瞬態(tài)細(xì)節(jié)。

我們的首選運(yùn)算放大器是 Texas Instruments OPA1612。這是一款來(lái)自 TI Burr-Brown 產(chǎn)品線的雙通道、雙極性輸入（Bipolar-Input）音訊運(yùn)算放大器，專為專業(yè)音訊設(shè)備和高傳真音響而生。選擇 OPA1612 的理由堪稱典範(fàn)。第一，它的噪聲指標(biāo)達(dá)到了驚人的 1.1 nV/√Hz，這是一個(gè)極低的電壓噪聲密度，意味著它在放大微弱訊號(hào)時(shí)幾乎不會(huì)引入任何可聞的背景 hiss 聲，這對(duì)於提升系統(tǒng)的整體訊噪比、還原漆黑的音樂(lè)背景至關(guān)重要。第二，其失真度同樣處?kù)稑I(yè)界頂尖水平，在 1kHz 時(shí)的 THD+N 低至 0.000015%。如此低的失真，保證了音訊訊號(hào)在經(jīng)過(guò)放大後依然保持極高的純淨(jìng)度，不會(huì)產(chǎn)生音染，忠實(shí)還原錄音本來(lái)的面貌。第三，OPA1612 具有高達(dá) 80MHz 的增益頻寬積和 27V/μs 的轉(zhuǎn)換速率。這保證了它在處理 96kHz 高取樣率訊號(hào)時(shí)，依然有足夠的頻寬和速度，能夠精準(zhǔn)地跟隨訊號(hào)的快速變化，從而帶來(lái)清晰、準(zhǔn)確、毫不拖泥帶水的瞬態(tài)響應(yīng)。此外，其 ±2.25V 到 ±18V 的寬工作電壓範(fàn)圍，也為我們?cè)O(shè)計(jì)高性能的 ±15V 發(fā)燒級(jí)類比供電電路提供了便利。在本方案中，我們將使用一顆 OPA1612 來(lái)負(fù)責(zé)一個(gè)聲道的差分 I/V 轉(zhuǎn)換。由於 PCM1794A 輸出的是差分電流（IoutP 和 IoutN），使用 OPA1612 搭建差分 I/V 轉(zhuǎn)換電路，可以最大化地利用差分訊號(hào)的共模抑制特性，有效抵抗來(lái)自電源和外部的共模干擾。

緊隨其後的是低通濾波（LPF）和緩衝級(jí)。LPF 的作用是濾除 DAC 輸出中殘留的高頻量化噪聲，其截止頻率的設(shè)定和濾波器的階數(shù)需要精心設(shè)計(jì)，既要有效濾除噪聲，又要避免對(duì)音訊頻帶內(nèi)的相位造成過(guò)大影響。我們通常會(huì)採(cǎi)用一個(gè)二階或三階的巴特沃斯（Butterworth）或貝塞爾（Bessel）濾波器。在這裡，我們推薦使用另一款傳奇級(jí)的運(yùn)算放大器：Burr-Brown OPA2134。OPA2134 是一款專為音訊應(yīng)用優(yōu)化的 FET 輸入型運(yùn)算放大器，以其溫暖、醇厚、富有音樂(lè)味的聲音而聞名。儘管其噪聲（8 nV/√Hz）和失真（0.00008%）指標(biāo)不如 OPA1612 極致，但其 JFET 輸入級(jí)帶來(lái)的極高輸入阻抗和獨(dú)特的音色，使其非常適合做為 LPF 和前級(jí)緩衝。JFET 輸入可以最大程度地減輕對(duì)前級(jí) I/V 轉(zhuǎn)換電路輸出的負(fù)載效應(yīng)，保持訊號(hào)的完整性。OPA2134 的聲音特性與 OPA1612 的精準(zhǔn)、中性形成了一種互補(bǔ)，前者負(fù)責(zé)在 LPF 級(jí)別對(duì)聲音進(jìn)行適度的潤(rùn)色，增添一絲模擬韻味，而後者則在 I/V 轉(zhuǎn)換的最前端保證了絕對(duì)的忠實(shí)。這樣的搭配，可以在保證極高素質(zhì)的前提下，獲得更為悅耳、耐聽(tīng)的聲音。

另一個(gè)備選方案是來(lái)自 Analog Devices 的 AD8620。這同樣是一款高精度的 JFET 輸入運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)是兼具了極低的電壓噪聲（6 nV/√Hz）和極低的輸入偏置電流（最大 10pA）。AD8620 的聲音風(fēng)格被認(rèn)為介於 OPA1612 的極致解析和 OPA2134 的溫暖之間，表現(xiàn)出非常好的平衡感，聲音既精確又流暢。它同樣非常適合用於 I/V 轉(zhuǎn)換或 LPF 電路中。

在被動(dòng)元件的選型上，同樣不能有絲毫馬虎。在 I/V 轉(zhuǎn)換電路中，作為回授電阻的元件，其精度和溫度穩(wěn)定性直接影響到轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。我們會(huì)選用千分之一精度（0.1%）的低溫漂（TCR）金屬膜電阻，例如 Vishay Dale 的 CMF 系列或 Susumu 的 RG 系列。而在 LPF 電路中，決定濾波特性的電容，其品質(zhì)對(duì)音質(zhì)影響巨大。我們會(huì)優(yōu)先選用專為音訊設(shè)計(jì)的薄膜電容，例如 WIMA FKP2 或 MKP10 系列聚丙烯薄膜電容。它們具有極低的介電損耗（DF）、高絕緣電阻和穩(wěn)定的電容值，能夠確保濾波網(wǎng)路的準(zhǔn)確性，並避免引入音染。在訊號(hào)通路的耦合電容（如果需要）以及運(yùn)算放大器的電源去耦電容上，我們會(huì)使用音響專用的電解電容，例如 Nichicon Muse KZ 系列或 Elna Silmic II 系列。這些電容使用特殊的電解液和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在降低等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL），提供更為純淨(jìng)、快速的電源供應(yīng)，其獨(dú)特的音色也能對(duì)系統(tǒng)的最終聽(tīng)感產(chǎn)生積極的影響。

綜上，類比電路部分是一個(gè)系統(tǒng)工程。我們以 TI PCM1794A 為核心，前端採(cǎi)用極致精準(zhǔn)的 OPA1612 負(fù)責(zé)關(guān)鍵的 I/V 轉(zhuǎn)換，確保訊號(hào)的原始純淨(jìng)度；後端則搭配富有音樂(lè)味的 OPA2134 進(jìn)行低通濾波和緩衝，賦予聲音溫潤(rùn)的質(zhì)感。在每一個(gè)訊號(hào)流經(jīng)的路徑上，都 meticulously 挑選頂級(jí)的被動(dòng)元件，從精密電阻到音訊薄膜電容、專用電解電容，每一個(gè)細(xì)節(jié)都為最終的發(fā)燒級(jí)音質(zhì)服務(wù)。正是這種對(duì)類比電路近乎苛刻的雕琢，才使得 QCC5181 傳來(lái)的數(shù)位訊號(hào)，能夠真正地昇華為感動(dòng)人心的音樂(lè)。

澎湃動(dòng)力的源泉：功率放大級(jí)設(shè)計(jì)

功率放大級(jí)是整個(gè)擴(kuò)大機(jī)方案的最後一環(huán)，也是將前級(jí)處理好的精細(xì)類比訊號(hào)，轉(zhuǎn)化為足以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出洪亮而清晰聲音的關(guān)鍵。這一級(jí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在提供充足輸出功率的同時(shí)，保持極低的失真和噪聲，並且擁有良好的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和控制力。在現(xiàn)代高效率音響設(shè)計(jì)中，D類（Class-D）放大器因其極高的轉(zhuǎn)換效率（通常大於90%）和不斷提升的音質(zhì)表現(xiàn)，已經(jīng)成為主流選擇，尤其適合於需要強(qiáng)大功率輸出的緊湊型設(shè)計(jì)。

針對(duì)本方案發(fā)燒級(jí)的定位，我們將重點(diǎn)考察幾款來(lái)自業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者的高性能 D 類放大器 IC。我們的首選是 Texas Instruments TPA3255。這是一款性能極其強(qiáng)悍的高性能 D 類功率放大器，被廣泛應(yīng)用於眾多中高階的家用音響、專業(yè)音響和發(fā)燒級(jí) DIY 專案中。選擇 TPA3255 的理由是其在功率、效率和音質(zhì)之間取得了絕佳的平衡。首先，在功率輸出方面，TPA3255 的能力非常驚人。在 BTL（橋接負(fù)載）立體聲配置下，當(dāng)電源電壓為 51V 時(shí)，它可以向 4Ω 負(fù)載提供每聲道高達(dá) 315W 的峰值功率（10% THD+N），或是在 1% THD+N 的較低失真下，提供每聲道 260W 的持續(xù)功率。即便是面對(duì) 8Ω 負(fù)載，也能提供 150W 的高品質(zhì)功率輸出。如此強(qiáng)大的功率儲(chǔ)備，意味著它能夠輕鬆?wèi)?yīng)對(duì)市面上絕大多數(shù)的書(shū)架喇叭甚至中小型落地喇叭，從容不迫地還原音樂(lè)中的巨大動(dòng)態(tài)，帶來(lái)身臨其境的聽(tīng)覺(jué)衝擊力。

其次，也是最為重要的一點(diǎn)，是 TPA3255 的音質(zhì)表現(xiàn)。它採(cǎi)用了 TI 的 PurePath? Ultra-HD 技術(shù)，透過(guò)先進(jìn)的集成反饋設(shè)計(jì)和專有的高速柵極驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)誤校正功能，顯著降低了傳統(tǒng) D 類放大器在高頻段的失真。其 THD+N 在 1W/4Ω 時(shí)低至 0.006%，即使在大功率輸出時(shí)也能將失真控制在極低的水平（<0.01%）。這使得 TPA3255 的聲音表現(xiàn)擺脫了早期 D 類放大器常有的生硬、數(shù)碼感，呈現(xiàn)出非常接近甚至超越某些傳統(tǒng) AB 類放大器的細(xì)膩度和溫暖感。其高達(dá) 100kHz 的訊號(hào)頻寬，也完全能夠覆蓋高解析度音訊的全部頻譜。其高達(dá) 111dB 的訊噪比（SNR）和低於 85μV 的輸出噪聲，確保了在靜謐的音樂(lè)段落中，背景依然純淨(jìng)無(wú)暇。

第三，TPA3255 的高效率特性（4Ω 負(fù)載下可達(dá)90%）意味著大部分的電能都被轉(zhuǎn)換為聲音能量，而非熱量。這大大降低了對(duì)散熱系統(tǒng)的要求。在合理的設(shè)計(jì)下，僅需一塊中等大小的散熱器即可保證其長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，這對(duì)於產(chǎn)品的體積控制和可靠性都大有裨益。此外，TPA3255 整合了完善的保護(hù)電路，包括欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、輸出削波檢測(cè)、短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)，極大地提高了產(chǎn)品的安全性，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

另一個(gè)優(yōu)秀的選擇是 Infineon MERUS? MA12070P。這是一款專為高效率、高品質(zhì)音訊應(yīng)用設(shè)計(jì)的多級(jí)（Multi-level）D 類放大器。MA12070P 的最大特點(diǎn)是其採(cǎi)用了英飛凌專有的多級(jí)交換技術(shù)。相比於傳統(tǒng)的兩級(jí)（開(kāi)/關(guān)）PWM 調(diào)變，多級(jí)調(diào)變能夠產(chǎn)生更接近原始類比波形的輸出訊號(hào)，這意味著它可以在無(wú)需輸出濾波電感或僅需非常小的濾波元件的情況下，實(shí)現(xiàn)極低的電磁干擾（EMI）和極高的效率。這對(duì)於簡(jiǎn)化 PCB 佈局和降低系統(tǒng)成本非常有幫助。MA12070P 支援 I2S 數(shù)位音訊直接輸入，這意味著它可以繞過(guò)前級(jí)的 DAC 和類比放大電路，直接接收來(lái)自 QCC5181 的數(shù)位訊號(hào)。這種「全數(shù)位」的訊號(hào)路徑可以從理論上避免類比環(huán)節(jié)可能引入的失真和噪聲。然而，這也意味著系統(tǒng)的音質(zhì)將完全取決於 MA12070P 內(nèi)部的數(shù)位處理和調(diào)變品質(zhì)。在功率方面，MA12070P 在 26V 電源和 4Ω 負(fù)載下可提供每聲道 80W 的峰值功率，適合中等功率需求的應(yīng)用，例如高階藍(lán)牙喇叭或桌面擴(kuò)大機(jī)。其音質(zhì)表現(xiàn)同樣出色，SNR 大於 101dB，THD+N 也保持在非常低的水平。選擇 MA12070P 代表了一種更為現(xiàn)代、更追求效率和整合度的設(shè)計(jì)思路。

對(duì)於本方案，我們依然以追求極致性能為首要目標(biāo)，因此將圍繞 TI TPA3255 進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們將採(cǎi)用其立體聲 BTL 配置，搭配高品質(zhì)的週邊元件。在 TPA3255 的輸出端，LC 低通濾波器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。電感需要選用專為 D 類放大器設(shè)計(jì)的、具有低直流電阻（DCR）和高飽和電流特性的屏蔽式功率電感，以避免磁飽和導(dǎo)致的失真和效率下降。電容則應(yīng)選用具有低 ESR 和高耐壓的薄膜電容，例如聚丙烯（Polypropylene）電容，以確保濾波網(wǎng)路的性能。輸入端的耦合電容（如果設(shè)計(jì)需要）同樣會(huì)選用 WIMA 或同等級(jí)的音訊薄膜電容，以保證訊號(hào)的純淨(jìng)傳輸。整個(gè)功率級(jí)的佈局將嚴(yán)格遵循對(duì)稱、最短路徑原則，將功率地和訊號(hào)地分開(kāi)，以獲得最佳的性能和信噪比。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，基於 TPA3255 的功率級(jí)將成為一臺(tái)名副其實(shí)的猛獸，既有雷霆萬(wàn)鈞之力，又不失抽絲剝繭之細(xì)，完美釋放來(lái)自前端高解析度音源的每一個(gè)音符。

純淨(jìng)之基石：電源供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在任何高傳真音響系統(tǒng)中，電源供應(yīng)系統(tǒng)都扮演著至關(guān)重要的角色，它是一切好聲音的基礎(chǔ)。一個(gè)設(shè)計(jì)精良的電源系統(tǒng)，必須能夠?yàn)楦鱾€(gè)功能區(qū)塊提供持續(xù)、穩(wěn)定、純淨(jìng)且互相隔離的電力，以確保它們都能工作在最佳狀態(tài)。對(duì)於我們這臺(tái)基於 QCC5181 和 TPA3255 的擴(kuò)大機(jī)而言，電源設(shè)計(jì)需要同時(shí)滿足數(shù)位電路、高精度類比電路和高功率放大電路這三種截然不同但同樣苛刻的需求。因此，我們必須採(cǎi)用多路、多級(jí)穩(wěn)壓的複雜供電方案。

首先，我們需要將市電（AC）轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的直流電（DC）。這一步通常由一個(gè)高品質(zhì)的環(huán)形變壓器或開(kāi)關(guān)電源模組（SMPS）完成。對(duì)於追求極致音質(zhì)的發(fā)燒級(jí)設(shè)計(jì)，環(huán)形變壓器是傳統(tǒng)上的首選。相比於普通的 EI 型變壓器，環(huán)形變壓器具有更高的效率、更低的磁漏（stray magnetic field）和更小的機(jī)械震動(dòng)。極低的磁漏意味著它對(duì)週邊敏感的類比電路產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）更小，這對(duì)於維持系統(tǒng)的低噪聲背景至關(guān)重要。我們會(huì)選擇一個(gè)具有多個(gè)次級(jí)繞組的環(huán)形變壓器，例如提供一組高功率繞組（如 36V AC）給功率放大級(jí)，以及一組或多組低功率繞組（如雙 18V AC）給類比前級(jí)電路。變壓器的功率需要留有充足的餘量，通常建議是功放額定總功率的 1.5 到 2 倍，以確保在大動(dòng)態(tài)輸出時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電壓跌落。

接下來(lái)是整流濾波電路。從變壓器次級(jí)繞組出來(lái)的交流電需要經(jīng)過(guò)整流橋轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，然後再由大容量的濾波電容進(jìn)行平滑。整流橋我們會(huì)選用高速、低壓降的肖特基二極體或快速恢復(fù)二極體，以降低開(kāi)關(guān)噪聲。而濾波主電容的選型則至關(guān)重要。對(duì)於 TPA3255 的功率級(jí)，我們需要一個(gè)大容量的電容陣列，總?cè)萘客ǔＴ?20000μF 甚至更高，以提供充沛的瞬間電流供應(yīng)能力。我們會(huì)選用音響專用的高品質(zhì)大容量電解電容，例如 Nichicon KG Gold Tune 系列或 Mundorf M-Lytic AG 系列。這些電容不僅容量足，更重要的是它們具有極低的 ESR 和 ESL，能夠在極高的頻率下依然提供純淨(jìng)的電流，確保功放的低頻下潛和控制力。在這些大電容旁邊，還會(huì)並聯(lián)一些小容量的薄膜電容（如 WIMA MKP10），以濾除更高頻的噪聲，形成一個(gè)全頻段的低阻抗電源。

有了初步的直流電後，我們需要為不同部分提供精密的穩(wěn)壓電源。對(duì)於 QCC5181 數(shù)位核心（通常需要 3.3V 或 1.8V）和週邊數(shù)位電路，我們可以使用高效的降壓型（Buck）DC-DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)初步降低電壓，然後再經(jīng)過(guò)一級(jí)超低噪聲的線性穩(wěn)壓器（LDO）進(jìn)行精細(xì)穩(wěn)壓。

對(duì)於最為敏感的類比前級(jí)電路，包括 DAC（PCM1794A 需要 +5V 類比和 +3.3V 數(shù)位電源）和運(yùn)算放大器（我們?cè)O(shè)計(jì)為 ±15V），電源的純淨(jìng)度是第一要?jiǎng)?wù)。在這裡，我們絕不能使用開(kāi)關(guān)電源，而必須採(cǎi)用高性能的線性穩(wěn)壓方案。我們的首選是 Texas Instruments TPS7A4700（正電壓）和 TPS7A3301（負(fù)電壓）這對(duì)超低噪聲 LDO。TPS7A4700 的輸出電壓噪聲低至驚人的 4.17μV RMS (10Hz to 100kHz)，並且具有極高的電源紋波抑制比（PSRR），在 1kHz 時(shí)高達(dá) 78dB。這意味著它能夠極大地衰減來(lái)自前端整流濾波電路的紋波和噪聲，為 DAC 和運(yùn)算放大器提供近乎電池般純淨(jìng)的直流電。TPS7A3301 作為其負(fù)電壓搭檔，同樣擁有出色的性能。使用這對(duì) LDO 為我們的 OPA1612 和 OPA2134 運(yùn)算放大器提供 ±15V 電源，可以確保它們的性能潛力被完全發(fā)揮，不會(huì)因?yàn)殡娫丛肼暥踊?/p>

另一個(gè)優(yōu)秀的 LDO 選擇是 Analog Devices 的 ADP151。這是一款超低噪聲（9μV RMS）的 LDO，雖然噪聲指標(biāo)略高於 TPS7A4700，但其特點(diǎn)是不需要噪聲旁路電容即可達(dá)到標(biāo)稱性能，並且在極小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高性能，非常適合為 DAC 的數(shù)位部分或 QCC5181 等對(duì)空間敏感的元件供電。

在整個(gè)電源系統(tǒng)的 PCB 佈局上，我們將遵循最嚴(yán)格的發(fā)燒級(jí)音響設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。採(cǎi)用「星形接地」（Star Grounding）策略，將數(shù)位地、類比地和功率地在某一點(diǎn)單點(diǎn)匯合，避免地迴路產(chǎn)生的噪聲。各個(gè)功能區(qū)塊的電源路徑將盡可能地短而粗，並互相隔離。敏感的類比電路將遠(yuǎn)離高頻的數(shù)位電路和高電流的功率電路。通過(guò)這種從變壓器到最終穩(wěn)壓輸出的全鏈路優(yōu)化，我們構(gòu)建了一個(gè)堅(jiān)如磐石的電源系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)如同一口深邃、寧?kù)o的井，為整個(gè)擴(kuò)大機(jī)源源不斷地提供著最純淨(jìng)的能量，讓每一個(gè)音符都能在最穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，綻放出其應(yīng)有的光彩。這，就是好聲音的終極保障。