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音频设备中最核心和最重要的设备解码器 "无非是 "数模转换器和放大器(数模转换)芯片。人们经常密切关注音频DAC芯片的选择，并热衷于讨论其优缺点。

本文试图简单介绍一下目前最好的高端音频DAC芯片的结构、工艺和性能，并做一个排名，供大家参考。

尽管如此，任何高质量的音频DAC芯片(不论排名)都可能被用来实现整机的良好音效。想必我们既要客观认识DAC芯片的重要性，也要客观认识芯片的整机配合的重要性。因此，本文不提倡 "核心 "主义。

一个

音频DAC芯片的类型

70年始出现单片集成电路(IC) DAC，甚至开启了DAC的芯片时代。最早的DAC芯片是从加权电阻的结构和双极晶体管的工艺开始的。

1975年8位DAC芯片DAC08，来自《The Data Conversion Handbook》，ADI公司，2005年。

1)分压式

在音频应用中，传统技术使用分压结构(R2R是分压的特例)和多位(并行输入)PCM(脉码调制)数据格式。为了提高精度、速度和降低功耗，工艺中逐渐采用了互补双极型集合管、薄膜电阻加激光校正和电流CMOS电路。在这些芯片中，有几个著名的R2R结构的芯片，如BurrBrown公司(2000年被德州仪器收购):

PCM63:支持20位/96kHz PCM音频信号，动态范围108dB；

PCM 1702:1995年推出，20位，动态范围110dB；

PCM 1704:1999年推出，24位，动态范围112dB。

这些芯片采用了一些特殊措施来提高性能，如 "符号大小和架构、零附近小电平差、两组互补DAC电路产生绝对电流、激光校正电阻等措施降低过零失真和差分误差。

R2DAC芯片PCM1704，取自《PCM1704 24Bit, Datasheet》 BurrBrown公司，1999年。

飞利浦半导体公司(2006年与摩托罗拉半导体公司合并成立恩智浦半导体公司)也推出了数字流(串行输入)DAC芯片，如:

TDA1541/TDA1541a: 16位，分别于1985年和1991年推出，信噪比分别为95dB和110dB，采用10位6位分压器，其中低6位旋转3 ^ 2位，实现动态元素自适应(DEM)功能，减少失真。TDA1541A根据微分线性误差从高到低分为/N2/R1、/N2和/N2/S1三个级别。

TDA 1547:1991年推出，1 bit(支持20 bit PCM信号)，信噪比113dB，动态范围108dB，需要配合SAA7350数字流电路使用。分离芯片的布局和独立通道的设计，通道分离度很好(115dB)，通过切换电容分压网络进行数模转换，非常适合当时的高端CD机等设备。

数字流DAC芯片TDA1547框图，取自《 TDA1547 Datasheet》飞利浦半导体公司，1991年9月。

2)适马三角洲

性能更好(动态范围更大、噪声和失真更低)且数量更多的音频DAC芯片正在使用多位适马德尔塔调制器。著名的是:

AD1955美国模拟设备公司(AD)的；美国Cirrus Logic(CL)公司的CS43xx系列，英国Wolfson半导体公司的WM87xx系列(2014年被Cirrus Logic收购)，美国德州仪器(TI)公司的PCM179x和DSD179x系列，美国ESS公司SABRE SOUND旗下的ES90xx和ES90xxPRO系列，日本Asahi Kasei Microdevices(AKM)公司，the world 2007年推出的首款32位AK4397，以及VELVET SOUND technology品牌下的AK44xx系列等。

目前，ESS、AKM、Cirrus Logic、德州仪器等公司是高端音频DAC芯片的主要供应商。

3)FPGA/CPLD

随着芯片技术的发展，实现DAC的功能有了更多的选择。根据设计者的需要，可以用FPGA(现场可编程门阵列)或CPLD(复杂可编程逻辑器件)来实现DAC的功能。这类设备的厂商主要是美国的Xilinx和Intel(收购了Altera)。

主流芯片

由于工艺的限制，提高R2R DAC芯片的性能非常困难。用FPGA或CPLD实现DAC的技术细节并不统一，而采用适马德尔塔技术的芯片由于具有动态范围大、噪声低、CMOS电路成本低、易于在芯片上增加其他处理功能等优点，是目前音频市场和高端音频市场的主流芯片。

2

芯片组成

音频DAC芯片的组成主要有以下几种形式:

1)基本DAC

音频DAC芯片最基本的功能元件是一个多路复用器，用于接收各种格式(DSD或PCM)的音频信号、过采样和数字滤波器、调制器以及数模转换输出。AKM公司的AK4499、AK4497、德州仪器公司的DSD1794等芯片都是这样构造的，如下图所示:

基本DAC芯片组成

这种芯片需要与外部数字音频接收芯片一起使用，以在诸如SPDIF(索尼飞利浦数字接口或索尼飞利浦数字互连格式)/AES(美国音频工程协会)/EBU(欧洲广播联盟)的标准下接收串行音频数据。Cirrus Logic公司的CS8416是典型的数字音频接收芯片。

数字音频接收芯片CS8416框图，《CS8416 Datasheet》，Cirrus Logic公司。;07.

2)带数字音频接收器

有些芯片会将数字音频接收机集成到同一个DAC芯片中，比如ESS的ES9038PRO和ES9028PRO，集成一个SPDIF功能块。这样，采用更高程度的SoC (solution on chip)设计思想带来的好处，不仅可以减少芯片数量、电路板占用面积、外部干扰、功耗等。，但更重要的是，它可以更方便地处理数据，以实现一些技术手段。

带SPDIF接收器的DAC芯片

SPDIF数字音频接收器设置比较

3)独立调制和独立数模转换

芯片，比如AKM的AK4191，目前还没有上市，是独立的64位调制器，支持DSD1024和PCM信号，采样频率高达1536kHz。结合AK4498独立数模转换芯片，可以实现高密度音频播放。

4)片上解决方案(SoC)

Cirrus Logic的CS43131、CS43198等芯片，在基本DAC功能块之后附加模拟滤波器，可以直接输出模拟信号。比如ESS公司的ES9219，ES9080，AKM的AK4377A等。，带大功率模拟放大器，可直接连接耳机；再比如ESS的ES9038Q2M，采用低功耗设计。SoC设计简化了整机的组成和材料，缩小了体积，降低了成本。这些芯片是面向应用的，比如手机或者移动设备。

三

技术手段

目前，大多数高端音频DAC芯片使用性能良好的多位适马德尔塔调制器，并采用过采样和数字滤波、噪声整形、动态元件自适应(DEM)等技术。此外，各厂商也开发了自己的技术。以进一步提高芯片的整体性能。

1)异步采样率转换(ASRC)技术

传统芯片跟踪音频时钟的是使用PLL(锁相环)技术。下图显示了典型的PLL电路原理图。锁相环的本质是一个反馈电路，用来跟踪时钟和输入信号的变化。

传统PLL电路原理图，取自Cirrus Logic，Inc. AUGUST 07年，《CS8416 Datasheet》。

通过精心的设计和元件选择，PLL可以实现良好的时钟跟踪性能，并将抖动控制在较小的水平。但锁相环电路的性能容易受到信号质量、传输线质量、设备、干扰和速度的影响，在高速时性能受到限制。

ESS公司采用异步采样率转换技术，通过适当的计算使DAC时钟与音频信号时钟一致但脱离瞬态变化。芯片使用本地产生的时钟信号，DAC的抖动只取决于本地晶振的固有性能，基本消除了信号和传输中的抖动，降低了对前端信号质量、连接线和设备的要求。ESS公司的Sabre DAC的SPDIF接口可以实现很大的抖动容限。

Sabre DAC抖动消除电路原理图，摘自《 About Jitter》 ammes，2011年10月；

不同片上时钟源的比较

2)超流调制器

ESS 的低级级联调制器，称为HyperStream调制器，使调制深度接近100%，并保持调制器稳定，从而降低了适马德尔塔DAC的瞬态(频域)非线性和噪声。

3)过采样率乘数(OSR乘数)

适马德尔塔DAC采用过采样技术扩大动态范围，然后通过噪声整形降低音频频段的噪声。早期DAC芯片的过采样频率仍处于较低水平，如标准音频采样频率的4~16倍。现在芯片可以实现更高的频率，以进一步提高DAC的性能。日本AKM公司在数字滤波中采用过采样乘法器(OSR乘法器)，以增加输入信号的范围，降低音频频段的噪声，降低功耗。其高端DAC芯片如AK4490可以实现256倍的过采样倍数。

4)分段DAC

将数字信号的高低位按其不同的位置和作用进行分段，然后分别进行处理，可以提高DAC的性能。德州仪器在PCM179x和DSD179x系列芯片中都采用了这项技术，被称为 "先进的分段数模转换器和放大器以增加动态范围并改善抖动电容。宽容。

amp示意图；"先进的分段数模转换器和放大器德州仪器，摘自2006年11月《《DSD1794A Datasheet》德州仪器》。

5)其他技术

为了尽可能提高音频DAC芯片的性能，厂商还会采用其他技术，如:DWA、增益校正和失真补偿、基准电压校正、电流输出、低输出阻抗、差分互补输出、外部数字滤波、低噪声线性电源等等。技术手段多样，有些技术还是保密的，很难一一列举和描述。

四

高端音频DAC芯片排名

动态范围是音频DAC的代表性性能参数。根据这个性能水平和其他因素，最高端的音频DAC芯片排在下面。

高端音频DAC芯片排名:

注:动态范围数据为各厂商公布的各对应芯片的最大值。排名不包括面向应用(如带模拟放大器的SoC)、独立调制器、独立数模转换器和停产芯片。

ESS s ES9038PRO作为目前业界参数指标最高的芯片之一，片上集成了SPDIF接口，通过采样率异步转换技术的抖动消除电路与前端传输抖动解耦，抖动容忍度极大。HyperStream专利调制器可以使适马德尔塔调制器克服某些频域瞬变的非常线性。再加上一些其他技术，比如失真校正、8通道可切换差分DAC、专用超低噪声线性电源(《 SABRE PRO ES9038PRO Datasheet》。

AKM的新旗舰AK4499是阵列中管脚最多、最贵的芯片，动态范围达到了业界最高(甚至和ES9038PRO一起)，但没有配备SPDIF接口，所以如果在同等条件下考虑，综合性能指标应该比单芯片略低。另外，AK4499是4通道DAC，小于《 AK4499 Premium Switched Resistor 4ch DAC》，朝日Kasei，2019/02。

ES9028PRO和ES9038PRO几乎是一个芯片(包括功能、芯片封装和引脚)，能发现的区别只有两个:一是输出阻抗大于ES 9038 Pro第二，动态范围、失真、噪声等指标比ES9038PRO低一个级别。综合指数会高吗？同等条件下，AK4499(加入SPDIF接口等。)没有基础，略逊于旗舰芯片。

32位8通道芯片ES9008和ES9018也采用了异步采样率转换等技术，都是当时性能指标最高的。而ESS公司SABRE SOUND品牌下较早推出的芯片也采用了较早的HyperStream调制技术，综合性能低于ES9028PRO。

AK4497是AKM的最后一款旗舰芯片，一款久负盛名的芯片，2通道DAC，各项参数表现出色，还支持32位/768kHz和DSD512音频信号，指标略低于新旗舰AK4499。

曾经大名鼎鼎的1794(PCM1972，PCM1794，DSD1792，DSD1794)，德州仪器(收购BurrBrown，BB)最著名的芯片(系列)之一，采用专有先进分段调制技术。虽然推出时间比较早，但仍然是一款性能指数很高的芯片。缺点是24位芯片的采用频率有限。据此，可能会倒排，但如果对音乐信号(如32位PCM)的个数没有太刻意的要求，还是不错的芯片。

CS4399和AD1955分别是Cirrus Logic和AnalogDevices的最高端音频DAC芯片。AD1955更早，但CS4399还是近几年的产品。WM8740、WM8741、WM8742是沃尔森半导体(Cirrus Logic)的芯片，其中WM8741的性能最好。AKM公司和 AK4490曾经是最畅销的芯片，其后来的替代产品AK4493和后来推出的其他芯片性能更好；ESS s ES9026PRO和ES9016分别是比对应的ES9038PRO和ES9018定位更低的产品，Sabre9006AS是较早芯片ES9006的替代品。PCM1795是德州仪器为数不多的32位音频DAC芯片。和PCM1796、PCM1798一样，性能低于PCM1794系列，略低于PCM1794、PCM1792。

稍微排在后面的芯片，基本都是各公司旗舰或者最高端芯片下一个级别的产品，或者是时间更早的核心产品，性能指标好，性价比比旗舰更好。

让 让我们从另一个角度来看这个排名。

按价格排序:

注:价格指数是将当前官方销售渠道中每款芯片的售价除以最低价格得到的。

推出/上市时间排名:

注:时间以各厂商官方业务文件及其他官方资料提供的信息为准；芯片WM8740/41/42的上市/上市时间还不确定。

五

总结

ESS和AKM s芯片由于推出时间较晚，技术相对较新，优势明显。排名不等于声音的好坏，每个人对声音的评价都会有自己的理解和标准。任何优秀的芯片都可能带来令人振奋的声音；同样，任何优秀的芯片都可能受到整机中其他元件的限制，无法发挥出应有的性能。比如120dB的动态范围，外围电路要达到这个性能并不容易。高端音频DAC的解码芯片技术复杂多样，遗漏和错误在所难免。欢迎指正和补充。

2.0版，2021年3月2日

参考资料:

1.《数据转换手册》，ADI公司，Walt Kester，编辑，ELSEVIER 2005

2.Sabre Audio DAC的技术细节，ESS技术人员Martin Mallinson和Dustin Forman

3.关于抖动:数字音频 的最薄弱环节，AMM ESS，2011年10月；

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19.= Preliminary = AK4191高级数字δσ调制器，旭化成，2020/02；

20.AK4377A带惠普的低功耗高级32位DAC，旭化成，2018/02；

21.AK4490EN高级32位2ch DAC，旭化成，2015/12；

22.AK4490高级32位2ch DAC，旭化成，2014/11；

23.AK4492面向质量的32位2ch DAC，旭化成，2016/12；

24.AK4493面向质量的32位2ch DAC，旭化成，2017/12；

25.AK4495S/95面向质量的优质32位2ch DAC，旭化成，2014/04；

26.AK4497面向质量的32位2ch DAC，旭化成，2016/05；

27.AK4498面向质量的多位立体声DAC，旭化成，2018/12；

28.AK4499优质开关电阻4ch DAC，旭化成，2019/02；

29.CS4398 120 dB、192 kHz多位DAC，带音量控制，Cirrus Logic公司，2005年7月；

30.cs 4399 130 dB、32位高性能DAC，Cirrus Logic公司，2016年12月；

31.cs 43131 130 dB、32位高性能DAC，集成耳机驱动器and阻抗检测，Cirrus Logic公司，2017年10月；

32.具有伪差分输出的cs 43198 130 dB、32位高性能DAC，Cirrus Logic公司，2017年10月；

33.WM 8740 24位、高性能192kHz立体声DAC，沃尔森微电子有限公司，2000年7月；

34.WM 8741带高级数字滤波的24位192kHz DAC，沃尔森微电子有限公司，2007年10月；

35.WM 8742 24位192kHz DAC，带高级数字滤波，沃尔森微电子有限公司，2013年2月；

36.PCM 63 p coli liner 20位单片音频数模转换器，BurrBrown Corporation，1998年1月；

37.PCM1702P PCM1702U BiCMOS高级符号幅度20位数模转换器，BurrBrown公司，1995年6月；

38.PCM1704 24位、96kHz BiCMOS符号幅度数模转换器，BurrBrown公司，1999年2月；

39.PCM1794A 24位、192 kHz采样、高级段、音频立体声数模转换器，德州仪器，2006年11月；

40.PCM1792A 24位、192 kHz采样，高级部分，音频立体声数模转换器，德州仪器，2006年11月；

41.PCM1795 32位、192 kHz采样、高级段、立体声音频数模转换器，德州仪器，2015年3月；

42.PCM1796 24位、192 kHz采样、高级段、音频立体声数模转换器，德州仪器，2006年11月；

43.PCM1798 24位、192 kHz采样、高级段、音频立体声数模转换器，德州仪器，2015年3月；

44.DSD1792A 24位、192 kHz采样、高级段、音频立体声数模转换器，德州仪器(ti)，2006年11月；

45.DSD1794A 24位、192 kHz采样、高级段、音频立体声数模转换器，德州仪器(ti)，2006年11月；

46.DSD1796 24位、192 kHz采样，高级段，音频立体声数模转换器，德州仪器，2006年11月；

47.AD1955具有SACD回放功能的高性能多位σδ型DAC，ADI公司，2002年；

48.CS8416，192kHz数字l音频接口接收器，Cirrus Logic，AUGUST 07.

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