USB DAC GC-V2.0 Plus (PCM2706+TDA1543+RA1耳擴) – 喬治查爾斯電子電路網

會有這樣的構想, 已經一段時間了，想規劃一個USB DAC,使用PCM2706來當USB的接收器，但經I2S把數位訊號送到獨立的DAC解碼IC，甚至還可以直接經由I2S外接到機外的獨立DAC模組，讓這個DAC更加的靈活!

但由於工作的關係，這個規劃過程卻超過了半年..為了方便以後的可能變動, 我還在Layout時留了一些介面的接點，我在後面會再說明。

USB接收我剛有提過, 使用了PCM2706這方便的接收晶片，Windows或MAC上都不用再安裝Driver, 我把它設定在外接電源、I2S輸出的模式下。

DAC解碼要用什麼呢? 相信不少人早就在網路上看了或玩了TDA1543這個解碼IC，TDA1543在NOS模式下的玩法還真的不少! 一般DAC使用複雜多階的低通濾波線路濾除20KHz以上的數位高頻，而NOS DAC其實只須要簡單的濾波，甚至可以完全不濾波，而得到更直接、更自然的聲音。20KHZ以上的高頻就讓設備、喇喇、耳朵自然的過濾。另外TDA1543本身有一個相當獨特的條件，就是有相當大的輸出，應該是所有DAC chip中，輸出最大的。所以只要使用簡單的passive I/V就可以得到足夠的輸出電壓擺幅，同時也不會影響動態，因此可以省下I/V和放大輸出級，讓電路更簡潔，保持聲音的直接與自然。所以電路非常的簡單，且又好玩，可並聯，可改供電壓，可改輸出電平…如何玩?網路上有不少的內容可以參考，大家就Google一下吧!

而我把TDA1543 目標設定在單顆解碼，輸出1Vrms，供電電壓8V。

之前的www.diyzone.net上有完整的計算介紹，但現DIY ZONE大家也都知道”關閉了”，但還是有人保留了下來有興趣的人可以好好讀一下:

在這網頁上他歸納出主要的計算，大家可以參考一下:

有三支電阻要決定阻值，RL1、RL2、Rbias，其中RL1等於RL2。
我們要決定供應電壓Vdd是多少，Vdd最大可到8V, 最小可到3V。
查出TDA1543的模擬輸出的直流電壓範圍Voc是多少，是1.8 ~ (Vdd – 1.2) VDC。
查出TDA1543在全範圍輸出時的電流Ifs是多少，是2.3mA。
然後我們要決定一下輸出電壓Vout的峰值電壓擺幅是多少。
算出RL1和RL2，公式是(Vout / RL1 ) = 2.3mA。
查出Vref（偏壓參考電壓）和AIbias（偏壓電流增益），Vref = 2.2VDC、AIbias = 2。
算出R3要設多少，公式是：

RL1 = (Vout / 2.3) Kohm
Vmp = (1.8 + 0.5 x Vout) VDC
(Ibias – Idac) = (Vmp/RL1) mA
Idac = (Ifs / 2) mA
(Ibias – Idac) + Idac = AIbias x (Vref / Rbias)
而代入已知的數值之後我們可以整理出很簡單就可以求出RL1和R3的公式：
(0 < Vout < Vdd – 1.2) Vpp
RL1 = (Vout / 2.3) Kohm
Rbias = 4.4 / ( (4.14 / Vout) + 2.3) Kohm

我會使用8V來當他的電源,是求得更大的動態範圍，先來算出RL:
輸出準位我目標是1Vrms,也就是2.8Vpp (1Vrms x 1.414 x 2=2.8Vpp)，Vout除與Ifs（全範圍輸出電流），也就是2.8Vpp /2.3mA = 1.21K,這就是RL1和RL2。
*上述第6項。
再來求Rbias:
TDA1543 的輸出電流 Ifs 標準值是 2.3mA，允許的電壓擺幅在 1.8V 到 VDD – 1.2V 之間，所以如果你用 8V 供電，輸出電壓的擺幅就在 1.8V 到 6.8V，中點在 4.3V。
這個中點電壓是由Ibias – Idac後的電流乘上RL1/RL2電阻得來的。反推回去，我們可以得知 (Ibias – Idac) x 1.2K = 4.3VDC，所以(Ibias -Idac)這時「必需」要是3.58mA左右，這時藉由Ifs(全範圍輸出電流)為2.3mA可得知，沒輸出時就是Ifs的一半電流，也就是2.3mA / 2 = 1.15mA，所以此時的(Ibias – Idac) + Idac = 3.58 + 1.15 = 4.73mA，也就是說實際上此時會通過的總電流為4.73mA，這個時候就要靠TDA1543的Vref腳位來設定，在Datasheet裡Vref是固定在2.2 +- 0.1VDC的電位，且通過Vref的電流會被乘以AIbais（bias current gain）之後輸出到DAC輸出，所以當我們要輸出4.37mA時，必需在Vref和GND之間串一支適當阻值的電阻來設定偏壓，這個電阻就是R3！R3的數值怎麼計算？我們知道AIbias約為2倍，而Vref約為2.2VDC，所以 4.37mA = AIbias x (Vref /R3) = 2 x (2.2 / R3)，所以可以求得R3約為1.0K。

為了讓它在使用上更有彈性，除了標準的RCA音源輸出外，我還為它加上了電路簡單，大家又愛用的RA1耳擴
電路，這樣剛開始沒有太多預算的人，也能直接用它接上耳機，馬上享受! 我用的OP還是跟原廠一樣的型NE4556，這顆大流流出力的OP，效果老實說，真的不錯! 只是有聽過RA1的人也許都有感覺，NE4556的底噪梢大了一些，雖是這樣一直以來RA1還是賣得不錯，我自己有換用別腳位相容的雙OP來嘗試，有的底噪少了很多，但推力好像小了點，畢竟這耳擴只是這DAC附加的功能，也別在意了，還是以外接至擴大機, 或自己的耳擴為主啦! 但這附加的耳擴倒為入門者省下了不少成本!

電源的配置我也來說一下，因為使用了RA1的電路，OP的電源保留了雙源的配置，但因為原來預設機殼的體積放不用夠用的變壓器，所以電源還是外接，但外接電源通常都只有單電源，所以我用了一個虛擬地的電路，把供電壓的DC 24V，轉換為+-12V的雙電源，它是利用OP伺服的方式，OP的輸出成為1/2 VCC (12V)，拿這個點來當我們的地點，那原+24V相對就成了+12V，原0V相對就成了-12V，且為了讓他不受負載的影響太大，我用了較大功率的擴大機晶片LM1875來替代這個OP，分壓後電源平衡的效果不錯!

另外再從+12V經一7805穩壓IC產生+8V來供應TDA1543的源，並再從這+8V經L1117-3.3V來產生+3.3V來供給PCM2706的供電。

外接I2S，我利用了一個RJ45的接頭來達成外接的目的。接點的定義如下圖:

電路板的LAYOUT，我們可能會配合跟真空管擴一樣大小的外殼，到時兩台放一起可能蠻迷人的!

為了再給愛玩的人更大的彈性，電路中TDA1543解碼的位置，會保留電路中的I2S輸入點及解碼後的音源輸出點，並放上插座，當自己有能力設計DAC解碼板時(比如PCM1794等解碼電路)，可以用取代TDA1543，到時拔掉原板上的TDA1543及3個JUMPER，就用前後的擴充接頭來插上你的新設計，+-12及8V(可隨78XX而改變電壓)幾個電壓點也設計在擴充插座上，當然受限於整體的體積，你要自己設計此擴板時，不能太大，我會把對照圖給大家。

以下是我整合後的電路圖:

以下為是電路板的零件配置圖：

電路板底片圖:雖然不容易製作,我還是把電路板底片的PDF檔分享給大家,下載後列印時請取消PDF列印時自動縮放的選項!USBDACV2-FILM.pdf

另外附上擴充版接點尺吋圖,如果你自己要自已設計外插DAC解碼板時可以參考:

以上以公制mm為單位↑

以上以Mil為單位↑

零件清單(以電路板上編號為主):

編號	型號	數量	編號	型號	數量
U1	LM1875(正廠)	1	C1	0.1uF(104)金屬皮膜	1
U2	L1117-3.3	1	C112 C113	0.1uF(104)金屬皮膜(ARCOTRONICS AV MKT 薄膜電容(義大利)	2
U3	L7808	1	C3 C4 C7 C8 C11 C12 C101 C108 C109 C115 C117	0.1uF(104)積層電容	11
U4(1)	TDA1543	1	C105 C106	33p 陶瓷	2
U4(2)	PCM2706(正廠非SAMPLE)	1	C2 C5 C6	1000uF/35V(日系)	3
U5	74HC08	1	C9	220uF(日系)	1
U6	NE4556(JRC)	1	C10 C13	10uF(日系)	2
散熱片	FOR TO-220	1	C107	1uF電解或鉭質	1
R1 R2 R3 R4 R111	10K(精密)	5	C14 C110 C111 C114 C116 C1402	100uF(日系)	6
R101 R102 R103 R104 R107 R108	22R(精密)	6	J1	2.1mmDC 座	1
R112 RL2	1K(精密)	2	J2	USB+RJ45座	1
R106	1M(精密)	1	J3	2 孔RCA 座	1
R113 R114	1.2K(精密)	2	J4	3.5mm立體耳機座	1
R105 R109 R110	1.5K(精密)	3	J5	6.3mm立體耳機座	1
R115 R116	100K(精密)	2	CON1	6 Pin針腳	1
R117 R118	121K(精密)	2	CON2	5 Pin針腳	1
R119 R120	464K(精密)	2	JP	3 Pin針腳	2
RL1	200R~250R/1W(炭膜)	1	Jumper	跳線夾	3
			VR1	50K雙連帶開關	1
L1	10uH	1	LED1	Red	1
BRAD1,BEAD2	磁珠	2	LED2	Blue	1
XTAL1	12MHz XTAL	1	USB Cable(傳輸線)	USB-A 公對公(含磁心)	1
電源適配器(不含在零件包內)	24V/1A Switching Power (專用)	1	絕緣墊及絕緣帽		1

DIY注意事項說明: (請DIY者一定要仔細看過!)

先焊SMD的零件，SMD零件接腳很近,焊接時可以用小瓦數(20~30W)、細尖頭的烙鐵來施作,另有一種2段式可瞬間加熱的烙鐵也不錯。

SMD焊接可參考:YOUTUBE, https://www.youtube.com/watch?v=t_gQvvZl9cM

零件儘量插到底再焊接，焊錫時也最好一次到位，不要因擔心把零件燒壞而多次同一個焊點上施作,反而把銅箔給燒的脫離電路板本體!

RL1(電源平衡負載)電路板上標200R，經測試改用250R/1W。為了幫肋這顆電阻散熱，可以直立的方式焊接!

LM1875需加裝散熱片，絕緣片及絕緣帽的相對位置圖如下，確保LM1875的散熱導片與加裝的散熱片是絕緣的。

RCA坐的兩側有固定插梢，對應電路板上的固定孔，如果覺得太緊不好插進去，可以如下，用美工刀或斜口鉗把插梢的寬度削窄一點。

XTAL 12Mhz石英晶體，有部份站友在焊接時發現，XTAL的金屬外殼，因貼電路板焊,有些人會跟電路板上焊接孔位的PAD短路，建議可以在插上XTAL前，先用一透明膠帶貼在電路板石英晶的位置上，在插上XTAL就不會短路了!

USB含RJ-45的座因腳位數很多，插上時有點耐心，確定每支腳都插入焊孔。

因為在沒有外殼的情況下，耳擴輸出容易有哼聲，如果配合銅柱把電路板鎖在一金屬板上，可以有效降低哼聲；還有VR在用手踫觸時也會有哼聲，在沒外殼時可以把外殼接地，方法就是從VR第一腳焊一導線讓VR的螺姆鎖上。

以下為零件焊接後的實體圖，給大家參考:

完成後可以先檢測一下幾個點的電壓,如下圖：

*U5:電路板上誤植為74HC04，正確應為SN74HC08

運作情形:

連接USB線至開機的電腦後,就算DAC沒開電源LED1會亮起,代表連接至電腦USB。

電源為24V/1A 專用Switching Power,請單獨使用，絕對不要與其他相關設備，比如耳擴，共用分接同一組電源，因為個DIY使用了虛擬地的設計，它的地對應電源供應器為1/2 VCC,也就是+12V，如果與其他設備共用，音源相互連接後，地線不同電壓水平會產生短路的現象！
後方RCA座為輸出，請連接至你的擴大機、主動式喇叭或耳擴。
打開DAC電源後LED2會亮起，以Windows作業系統連接會自動辦認並安裝Driver, 不需再手動安裝，可以開啟控制的的音效看看。

此時電腦播放音樂就會由DAC輸出，電路板內已內建RA1耳擴電路，雖非頂級電路，可以當成監聽，效果算是不錯，直接插上你的耳機，3.5mm或6.3mm的立體耳機，擇一插到前方的插座上，調整VR到試當音量，好好享受你DIY的成果!
RA-1耳擴電路由於使用了JRC4556這個OP,它的特點是功率大，但也伴隨著小小的缺憾，就是有點背景嘶聲較大的情況，這個問題在網路上是常見的討論，其實在聽音樂時並沒什麼大影響，但對完美主義者可能會希望它能再改進，第一，換其他雙OP如NE5532,OPA2604等…..，第二，原RA-1在許多網路的討論中可以發現再對那顆464K的電阻有爭議，因有人又在RA-1拆解時發現這顆阻也有用464R的，大家可能會說，怎會差那麼多? 討論中是說可能原廠為了高、低阻抗的耳機而做的變化，也因為在換成464R時，Gain變小了，有人已經發現這樣可以降低嘶聲的情況，原來使用464K時的放大倍率G=1+(464K/121K)=4.83倍，換了以後雖增益變小G=1+(0.464K/121K)=1.0倍，看起來好像差好多，但實際使用上其實還是可以得到我們要的音量的, 且”嘶”聲真變小了!還有原來因雙VR的雙層線性無法完全相同而產生的小音量左右不平衡的情況也跟著改善了，所以如有一樣困擾的人可以跟據此點來改機。
擴充或外接的DAC解碼板，拔掉Jumper上的3個跳線夾，再插上替換的DAC解碼板，我只簡單的做了測試版並完成測試，動作正常、可行，目前還沒有分享的製作，大家可以自己玩玩看，

零件供應: