HDP-17高保真DVD&HDCD播放机设计介绍

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HDP-17高保真DVD&HDCD播放机设计介绍

去年,深圳度高公司在成都举办的“首届家用视听暨专业音响器材展示会”上推出一款HDP-15高保真DVD&HDCD播放机,该机以其音画双优的表现获得广大发烧友认可,特别因其音质出色,达到甚至超越同档次纯CD唱机的表现,荣获了展会“专家组一致好评”奖。

HDP-15的出现反映了一个事实,即DVD如果通过优良的技术手段精心设计,确实能达到高保真级别的声音再现,它不但能提供优良的画面质量,也能够实现一般DVD不易实现的Hi-Fi音质。由于其对众多碟片格式的支持,高保真DVD比用一台普通DVD另加一台Hi-Fi纯CD唱机具有更多的实用性。因为除了播放CD唱片,人们同样希望在播放DVD影碟、DVD音乐碟、DTS CD等新格式节目源时获得优良的音质。

所谓高保真DVD到底是通过一些什么样的技术手段来实现的呢?它的设计和普通DVD有什么不同?相信这些问题会是广大电子爱好者和音响发烧友乐意关注的问题。本文力图通过对度高公司的新产品HDP-17高保真DVD&HDCD播放机的设计剖析,使读者有一个比较完整的了解。

HDP-17是度高公司继高档产品HDP-15(2800元/台)之后推出的一款中档次高保真DVD,市场定价为1800元/台,符合大部分工薪阶层音乐/音响爱好者的需求。在功能方面,HDP-17和HDP-15完全一样,只是省略了六声道的平衡输出。数字音频输出方面省略了复杂数码驱动和脉冲变压器电路;模拟级的运算放大器由原来采用单路运算放大器而变成采用双路集成运算放大器;音频DAC由价高的AK4394改为CRYSTAL公司的CS4340AK。依然保留对播放CD、HDCD、DTS CD能够自动关闭视频电路的“音乐直通”功能,确保在播放纯音乐碟片时具备高质量的声音表现。

设计高保真DVD是一项系统工作,在电路和选材方面应充分考虑每一个电路方案和组件、元件对于声音的影响。设计高保真DVD的出发点不同于普通DVD,普通DVD主要目标在于完成各种功能和到达一般的图、声播放技术指标。

HDP-17并不是目前时髦的“单芯片”DVD,它的伺服DSP和解码DSP是独立的两片IC,两者之间由标准的ATAPI接口连接。伺服和解码分离的好处是各尽其职,互不干扰,是所有中高档DVD的组成方案。HDP-17采用的伺服一体化机心,即伺服电路板直接安装在机心的机架下部,使得从激光头到光信号放大器的连接线缩短到最短,伺服电路主要包括光信号放大、光信号解码和电机控制。
伺服电路板的电路框图见图1。

图中的主芯片是ALI的M5705,它是个专用DSP,负责光信号解码和对电机驱动IC的命令控制以及通过ATAPI协议和主解码芯片通讯。

AT49F001是M5705的程序存储器,存储整个机心的控制软件。由于AT49F001是FLASH闪存,因此,机心的控制软件可以通过CDROM刻录碟片升级。

IS41C16256是M5705的运算内存和数据缓冲器,它是一片4Mbit的SDRAM芯片,重要的纠错和误码校正都需要它来支持。

ST3721A是激光信号RF放大器,它负责将来自激光头的光信号放大整形并输送至M5705,BA5954和CHMC250/D6948组成机心的进出仓马达、主轴马达和光头伺服马达的驱动器,同样受控于M5705。

整个机心由5V和12V两路电源供电,另有LDO低压差稳压器将5V降至3.3V给DSP和SDRAM供电。

由上述可见,整个机心是全数码的控制系统,其中DSP M5705是核心。

对于机心,常见故障是读碟不良和出仓不良,在使用一段时间后(如不到一年)的读碟不良往往因为激光头脏污造成,因为环境空气污染和灰尘使得光头表面透光不良。进出仓不良多半是电机驱动芯片损坏。其他部分是很难出故障的。

伺服一体化机心在外形以及架构上看起来很像一个DVD ROM,但设计要求和目标是不一样的。其专业术语,一个称为DVD PLAYER,一个是DVDROM。其主要差别在DVD PLAYER并不要求以高倍速(如32倍速)读碟,更多的是要求读碟精确和误码小,所以一般DVDPLAYER具有更大容量的数据缓冲——BUFFER。

此外,从高保真音响角度看,不同的机心具有不同的声音表现,这种不同的声音表现基本上仍然归为数码失真——时基抖动的差异。具体到聆听时,好的机心不但读碟稳定,声音也比较圆润饱满,而比较差的机心虽然读碟稳定,但声音表现为生硬。度高HDP-15和HDP-17都采用FUSS AUDIO的机心,原因就是考虑到稳定和音质两方面。

接下来,再看HDP-17的音频视频解码板方框图(图2)。

这也是一个以DSP为核心的数字处理板,其中的主解码芯片ES6038是整台DVD机的核心解码芯片。ES60×8系列解码芯片是美国的华裔公司ESS在去年推出的最新解码芯片,该系列包括ES6008、6018、6028、6038四款,ES6038是最高级的一款。

这个系列的主要特点是解码性能非常稳定,功能强大,对于各种碟片的兼容性在业界属于一流水准。ES60×8系列芯片都是208脚的贴片IC,脚距只有0.2mm左右,如果它出问题,业余是很难维修的。AT49F8192是DSP的外置8Mbit程序存储器,M12L64164是64Mbit的SDRAM,所有的音频视频解码都要通过这个64M的内存进行。AT24C02是个小的E2ROM存储器,里面保留用户的设置信息,掉电也不会丢失。三片CS4340组成六声道的音频数模转换器(AUDIO DAC 。

整个解码板由三个电源供电,分别是5V、3.3V、2.7V。5V供给FLASH存储芯片和音频DAC,3.3V供给DSP内的视频DAC、SDRAM等;2.7V是专门给DSP内的核心CPU的供电电源。CPU操作在27MHz×4.5=121M的4.5倍频高速模式下,由于采用RISC精简指令结构,运算速度非常快,足以应付DTS和DVDAUDIO这样的高数据流解码操作。在这样高的速度下工作,CPU的耗电是比较大的,单2.7V这一组就需要消耗500mA,3.3V这一组的耗电也很大。这样芯片工作时将非常的热,因此度高的HDP-15/17在DSP上都加了散热器,这对核心芯片的稳定性是很有保障的。

ES6038也被DENON?天龙)和LINN应用于他们的高档DVD机中,可见其素质确实不凡。经证实,ES60×8系列的数字音频输出具有优良的质量,这对下一步配合优质音频DAC工作是很重要的。ES60×8系列内建10bit视频DAC,图像细腻而且层次感较好,属于柔和型的视频。这点和日本机的锐利有较大差异。

本机最大特点是“音乐直通”功能的实现,这个功能的实现是一个软硬件结合的动作。即当机器识别到CD、HDCD、DTSCD、SACD?双层)这些音乐碟片时,软件会命令CPU作出两个动作,一是不再对视频部分进行运算处理,而是发出控制信号驱动电子开关断开视频电路部分的供电。这个功能带来的直接意义如下:由于DSP不再对视频进行运算,相当于将整个系统资源都交给音频处理部分,有效提供音频部分的运算精度和速度。而是由于关闭整个视频电源,使得原视频部分产生的任何电磁干扰全部消失。而且,由于DSP耗电减少一半,发热也大大减少。当“音乐直通”功能动作时,HDP-17实际上已经相当于一台纯音乐CD机在工作,这也是为什么HDP-15和HDP-17具备达到甚至超越同级别CD唱机音质表现的一个重要原因。

现在,市面上的DVD几乎无一例外,都是采用开关电源供电,理由是体积小、成本低,工作电压宽。但从高保真角度看,普通开关电源的缺陷是很大的。一是电源噪声大,脉冲尖峰达到50~100mV,这将对音频和视频电路带来劣化影响。二是电磁干扰剧烈,辐射干扰不但充斥机内,甚至会跑出来干扰其他电器,这对高保真音响是绝对不允许的。因此,HDP-17放弃了开关电源供电的方案,采用60W环形变压器,大容量滤波电容组和六个线性稳压器为整机提供纯净的直流电,电源噪声小到几十微伏。优质的电源对于优良音质从来就是必要条件,因此HDP-17又特别加强了给模拟滤波级运算放大器的电源设计,采用了由两个7812叠加构成的正负电源以类似蓄电池的方式供电。这样组成正负电源的好处有二:一是采用双桥整流,减少纹波,二是正负电源的内阻特别一致。实践证明可以获得比78××+79××组成的正负电源更好的声音表现。HDP-17整机电源电路如图3所示。

下面再看模拟滤波器部分的电路,和CD唱机的设计一样,由运算放大器组成的模拟输出级对声音同样产生重要影响。从运算放大器的种类到具体外围电路参数,都直接影响音质音色。HDP-17的模拟滤波器在参数选择上没有采用常规的巴特沃茨平坦幅度方式,而采用贝塞耳平坦相位率滤波器。力求在音频段获得最小的相位失真并避免高端的相位剧变。这些对声音的柔顺度有着重要影响。普通DVD由于都采用单板集成,小电容都采用贴片的层叠陶瓷电容,正切损耗大,音质较差。而HDP-17都采用金属膜电阻和聚丙稀电容,保证了声音品质。

普通DVD采用RC4558这种低级运算放大器,HDP-17采用CA3240和MC34082这些由场效应管输入的高速运算放大器,对声音的透明度和高频失真度有良好保障。HDP-17所采用的滤波器电路如图4所示。

总之,在设计这一系统工程时,我们要考察每一个电路方案、组件、元件在系统中对声音产生的影响。还要花很多时间作主观听音评价,不断调节一些细微部分的走线和元件,最后才能得到一部听起来音质优美的高保真DVD。

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