R2R的基本设计模拟与简单分析—从Hifiman HM901R说开去

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昨天有人说，有人在某群里表示我是想套HM901R(或者说HYMALAYA DAC）的架构设计……其实啊……我得说……真的不需要套…… 因为HYMALAYA的基本设计还是一眼即知的…… 为了证明我不是吹牛，我用电脑模拟一下好了（大家都知道我懂的少……只能在电脑里面用软件模拟一下R2R的FPGA+电阻实现）下面的模拟和实测里面，为了方便大家查看，会在-100db处画一条参考线。模拟图里红色是理论信号，蓝色是实际输出。

模拟0dbFS结果：

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实测：

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实测FFT:

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模拟-100dbFS(注意1K红色线明显低于蓝色的实际输出）:

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实测FFT：

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下面开始分析喜马拉雅DAC（大家都知道我不怎么懂的，如果有错请指正）

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首先这是主板的DAC部分（背面）照片，在上面我们可以看到4个17+18+11=46电阻的阵列。根据R-2RDAC的常识，这应该是46/2=23bit，为何Hifiman宣传为24bit呢？很可能是利用并联=多1bit的方式进行计算的（这里Hifiman没有错）但是就事实而言，用另外的方式来实现是否会更好？这就不得不说（我认为的）R2R DAC设计当中遇到的第一个挑战了（出声之后接下来要解决的第一个问题）:

Zero-Crossing Distortion

R2R基本架构是这样：

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当R2R输出的时候，可以看作这一排开关不停动作来输出不同的电平。这种基础架构里面主要的一大问题是，当输出电压从+到-和从-到+的一瞬间，以16bit的R2R为例，是从1000000000000000变化到0111111111111111，也就是所有开关瞬间变化状态。由于开关同步性等等各种原因……这一瞬间会产生类似乙类放大器的交越失真（类似，但并不相同）。-100dbFS模拟的波形输出如下：

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实际的波形如下：

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那么这个问题怎么解决呢？（大家都知道我懂的少，我就随便瞎扯的。）参考US5257027A号专利：

US5257027下载

采用一对DAC分别负责输出正、负电压波形。这也是目前正常的R2R DAC（包括芯片级的和分立的）的解决办法（专利早已过期）

所以在这里，我建议Hifiman基于现有的模块做一些简单的修改（布线可能要略作修改、FPGA代码需要动动）推出改进款的HYMALAYA模块，以Balanced方式工作，可以消除Zero-Crossing Distortion，大大改善线性度呢……

仿真模拟（电阻精度等等都没变 只是改并联为Balanced）的波形如下：

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同时这样的修改还可以让理论动态范围从现在的90左右：

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大幅改进为13X(注意这是理论值，实际上做不到，但我估计过110还是没啥问题）

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未完待续

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  10. 之前有個在做分立R2R解碼基板的工作室，在某聲波談話節目中提到他們似乎也是用這種方式解決翻轉問題的，據說當時做的不錯，台式R2R解碼一時又有了熱度，產品曾被國外廠商抄襲，詳情和相關名字忘記了

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