音頻解碼器品牌排行「音視頻解碼器哪個牌子好」

音頻“解碼器”中最核心、重要的器件，無非就是“解碼”（DAC，數模轉換）芯片了，大家常常很關注音頻DAC芯片的選用，也熱衷於對其優劣的討論。

本文嘗試對當前最優秀的高端音頻DAC芯片的結構、技術和性能等做簡單介紹，作一個排名，以供大家參考。

儘管如此，任何一個優質的音頻DAC芯片（無關排名），都有可能被用來實現整機的好聲音。想必，我們要客觀地認識DAC芯片的重要性，更要客觀地認識芯片的整機配合的重要性。所以，本文並不提倡唯“芯”主義。

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音頻DAC芯片的類型

1970年代，開始有了單片集成電路（IC）的DAC，就算是開啟了DAC的芯片時代。而最早的DAC芯片是從使用加權電阻的結構，雙極晶體管的工藝（處理）技術開始的。

1975年的8位DAC芯片DAC08，摘自 《The Data Conversion Handbook》, ANALOG DEVICES, 2005

1）分壓式

在音頻應用，傳統的技術是使用分壓式結構的（R-2R是分壓式的一個特例），多位（並行輸入）的PCM（脈衝編碼調製）數據格式，為了改善精度和提高速度，降低功耗，工藝逐步採用互補雙極集體管、薄膜電阻加激光矯正和現在的CMOS電路等。這類芯片中，著名的有如Burr-Brown公司（2000年被Texas Instruments收購）R-2R結構的幾款芯片：

PCM63：支持20位/96kHz的PCM音頻信號，動態範圍108dB；

PCM1702：1995年推出，20位，動態範圍110dB；

PCM1704：1999年推出，24位，動態範圍112dB。

這些芯片都採用了一些特別手段來改善性能，如使用“符號量級（sign-magnitude）”架構在零位附近採用小的級差、互補的兩套DAC電路來產生絕對的電流，激光矯正的電阻等措施，來減少過零失真和差分誤差。

R-2R DAC芯片PCM1704，摘自《PCM1704 24-Bit, Datasheet》，Burr-Brown Corporation, February, 1999

Philips半導體公司（2006年與Motorola半導體合併成立成為NXP半導體公司）還推出了的數字流（串行輸入）的DAC芯片如：

TDA1541/TDA1541A：16位，推出時間分別為1985年和1991年，信噪比95dB和110dB，使用10位+6位的分壓器，其中低位6位使用3個2位進行輪換，實現動態元件適配（DEM）功能，來降低失真，TDA1541A按差分線性誤差從高到低還分為/N2/R1、/N2和/N2/S1的級別；

TDA1547：1991年推出，1位（支持20位PCM信號），信噪比113dB，動態範圍108dB，需與SAA7350數字流電路配合使用。分離芯片的布局和獨立聲道設計，有很好的聲道分離度（115dB），通過切換電容分壓網絡來進行數模轉換，很適合當時的高端CD機等設備使用。

數字流DAC芯片TDA1547框圖，摘自《 TDA1547 Datasheet》 Philips Semiconductors, September 1991

2）Sigma-Delta

性能更好（動態範圍更大、噪聲和失真更小）、數量更多的是，使用多位Sigma-Delta調製器的，音頻DAC芯片。有名的有如：

美國Analog Devices（AD）公司的AD1955；美國Cirrus Logic（CL）公司的CS43xx系列，英國Wolfson半導體公司（2014年被Cirrus Logic收購）的WM87xx系列，美國Texas Instruments（TI）公司的PCM179x和DSD179x系列，美國ESS公司的SABRE SOUND技術品牌下的ES90xx和ES90xxPRO系列，日本Asahi Kasei Microdevices（AKM）公司，2007年的全球第一款32位的AK4397，和之後VELVET SOUND技術品牌下的AK44xx系列，等等。

當下，ESS、AKM、Cirrus Logic、Texas Instrument等公司是目前高端音頻DAC芯片的主要供應廠商。

3）FPGA/CPLD

隨着芯片技術的進步，實現DAC功能的方法也有更多的選擇，FPGA（現場可編程門陣列）或CPLD（複雜可編程邏輯器件）可以用來按設計人的需要來實現DAC的功能。這類器件的廠商主要是美國的Xilinx和Intel（被收購的Altera）公司。

主流芯片

由於技術的局限，R-2R DAC芯片在性能上再提高有很大的困難，FPGA或CPLD來實現DAC技術細節不統一，而採用Sigma-Delta技術的芯片，由於動態範圍大、噪聲低、CMOS電路成本低且容易在片上增加其它處理功能等優勢，是目前音頻市場也是高端音頻市場的主流芯片。

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芯片構成

音頻DAC芯片的構成主要有以下幾種形態：

1）基本DAC

音頻DAC芯片最基本的功能部件，是一個多路轉換器接收各種格式的音頻信號（DSD或PCM）、過採樣和數字濾波器、調製器和數模轉換輸出等。AKM公司的AK4499、AK4497和Texas Instruments公司DSD1794等芯片就是採用這樣的構成的，如下圖所示：

基本DAC芯片構成

這樣的芯片需要和外部的數字音頻接收芯片配合使用，才能接收如SPDIF（索尼飛利浦數字接口或索尼飛利浦數字互聯格式）/AES（美國音響工程協會）/EBU（歐洲廣播聯盟）等標準下的串行音頻數據。Cirrus Logic公司的CS8416就是一款典型的數字音頻接收芯片。

數字音頻接收芯片CS8416框圖，摘自《CS8416 Datasheet》，Cirrus Logic, Inc. AUGUST ’07.

2）帶數字音頻接收器

有的芯片會把數字音頻接收器集成到同一個DAC芯片中，如ESS的ES9038PRO、ES9028PRO等，集成了一個SPDIF功能塊。這樣，採用更高程度SoC（片上解決方案）設計思路帶來的好處，不僅可以減少芯片數量、減少電路板的佔用面積、減少外部干擾、減少耗電等，更重要的是，可以更方便地進行數據處理，來實現一些技術手段。

帶SPDIF接收器的DAC芯片

SPDIF數字音頻接收器設置比較

3）獨立調製和獨立數模轉換

芯片如目前尚未上市的AKM的AK4191，是一個獨立的64位調製器，支持DSD1024和高達1536kHz採樣頻率的PCM信號，與AK4498獨立數模轉換芯片組合使用，可以實現高密度的音頻播放。

4）片上解決方案（SoC）

芯片如Cirrus Logic公司的CS43131、CS43198等，在基本DAC功能塊後，附帶了模擬濾波器，可以直接輸出模擬信號；如ESS公司的ES9219、ES9080，AKM的AK4377A等，附帶功率較大的模擬放大器，可直接接入耳機；再如ESS的ES9038Q2M等，採用低功耗設計。SoC設計簡化整機組成和材料，體積減小，降低成本。這些芯片是以應用為導向的，比如面向移動電話或移動設備使用等。

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技術手段

目前高端音頻DAC芯片，幾乎都是使用了性能較好的多位Sigma-Delta調製器的，採用了如過採樣和數字濾波、噪聲整形、動態元件適配（DEM）等技術。除此以外，各廠商還開發出了各自的技術，來進一步提高芯片的整體性能。

1）異步採樣率轉換（ASRC）技術

常規芯片跟蹤音頻時鐘的方式是使用PLL（鎖相環）技術。下圖所示，是一個典型的PLL電路原理圖。PLL實質是一個反饋電路，用來跟蹤輸入信號的時鐘和變化。

常規PLL電路原理圖，摘自《CS8416 Datasheet》，Cirrus Logic, Inc. AUGUST ’07.

通過仔細的設計和元器件的選擇，PLL可以實現很好的時鐘跟蹤的性能，並控制Jitter（時基抖動）在較小的水平。但是，PLL電路的性能容易受信號質量、傳送線路質量、器材、干擾和速度等因素的影響，在高速的狀態下性能受限制。

ESS公司使用了異步採樣率轉換的技術，通過適當的計算，使DAC的時鐘與音頻信號時鐘保持一致但與暫態變化脫離，芯片使用本地產生的時鐘信號，DAC的Jitter僅取決於本地晶振的固有性能，實質性地來消除信號中和傳輸中的Jitter，降低對前端信號質量、連接線、器材等的要求。ESS公司Sabre DAC的SPDIF接口能夠達到很寬裕的Jitter容忍度。

Sabre DAC的Jitter消除電路原理圖，摘自《 About Jitter》AMM ESS, October 2011;

芯片不同時鐘來源比較

2）HyperStream調製器

ESS公司的低階級聯的調製器，稱為HyperStream調製器，使調製深度接近100%，並且保持調製器穩定，從而降低Sigma-Delta DAC的暫態（頻域）非線性和噪聲。

3）過採樣率倍增器（OSR Doubler）

Sigma-Delta DAC都採用過採樣技術來擴大動態範圍，再通過噪聲整形來降低音頻頻帶內噪聲。早期的DAC芯片的過採樣頻率還在較低的水平，如4~16倍的標準音頻採樣頻率，現在的芯片可以做到更高的頻率，來進一步提高DAC的性能。日本AKM公司，在數字濾波中採用過採樣率倍增器（OSR Doubler），來增加輸入信號的範圍、降低音頻帶內噪聲、同時降低功耗，其高端DAC芯片如AK4490等，過採樣倍數可達到256倍。

4）分段DAC

按所處的位置和所起作用的不同，分段數字信號高位和低位，再有目的地分別進行處理，可以提高DAC的性能。Texas Instruments在PCM179x和DSD179x系列等芯片中採用了這項技術，稱為“先進分段DAC”，來增加動態範圍和提高對Jitter的容忍度。

Texas Instruments的“先進分段DAC”原理圖，摘自《DSD1794A Datasheet》Texas Instruments, NOVEMBER 2006

5）其它技術

為了儘可能地改善音頻DAC芯片的性能，廠商還會採取其它一些的技術，如：數據加權平均（DWA）、增益矯正和失真補償、基準參考電壓矯正、電流輸出、低輸出阻抗、差分互補輸出、外部數字濾波、低噪聲線性電源，等等。技術手段是多樣的，且有些技術還處於保密之中，因此也難以一一羅列和描述。

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高端音頻DAC芯片排名

動態範圍是音頻DAC有代表性的性能參數，以下就按此性能高低並結合其它因素，對最高端部分的音頻DAC芯片進行排名。

高端音頻DAC芯片排名：

註：動態範圍數據為各廠商公布的各對應芯片的最大值。排名未包括應用導向（如含有模擬放大器SoC）、獨立調製器、獨立數模轉換器和停產的等芯片。

ESS公司的ES9038PRO作為目前為止行業內參數指標最高的芯片之一，片上集成了SPDIF接口，通過採用採樣率的異步轉換技術的Jitter消除電路，與前端傳輸Jitter去耦合，有很大的Jitter容忍度，HyperStream專利調製器能使Sigma-Delta調製器克服一些頻域暫態的非常線性，外加其它的一些技術，如失真矯正、8通道可隨意切換的差分DAC、專用的超低噪聲線性電源（ES9311Q）等，作為性能最好的芯片，有許多的優勢。

ESS公司旗艦ES9038PRO框圖，摘自《 SABRE PRO ES9038PRO Datasheet》，ESS March 5, 2019

AK4499，AKM公司的新旗艦，排列中引腳最多且價格最貴的芯片，動態範圍也達到了業內最高（與ES9038PRO平齊），但是沒有附帶SPDIF接口，所以如果在同等條件下考慮的話，綜合的性能指標，應該略低於單片的指標。另外AK4499為4通道DAC，少於ES9038PRO；對DSD的支持最高為DSD512，也低於ES9038PRO的DSD1024。

引腳最多的AKM新旗艦AK4499，摘自《 AK4499 Premium Switched Resistor 4ch DAC》, AsahiKASEI, 2019/02

ES9028PRO，與ES9038PRO幾乎是完全相同的芯片（包括功能和芯片包裝、引腳），只在兩處可以發現到差別：一是輸出阻抗大於ES9038PRO；二是動態範圍、失真和噪聲的指標低於ES9038PRO一個級別。綜合指標是否會高於同等條件下的AK4499（增加SPDIF接口等）尚沒有依據，略遜色於旗艦芯片。

ES9008、ES9018，也是32位、8通道的芯片，也採用了異步採樣率轉換等技術，均為當時性能指標最高的芯片，但是ESS公司SABRE SOUND品牌下較早推出的芯片，使用的也是較早期的HyperStream調製技術，綜合性能在ES9028PRO之下。

AK4497是AKM公司的上一個旗艦芯片，有名望的芯片，2通道DAC，各參數性能優秀，也支持32位/768kHz和DSD512的音頻信號，指標略低於新旗艦AK4499。

曾經聲名大噪的1794（PCM1972、PCM1794、DSD1792、DSD1794），Texas Instruments（被收購的Burr-Brown，BB）公司最有名的芯片之一（系列），採用專有的ADVANCED SEGMENT（先進分段）調製技術。雖然推出時間比較早，但還是性能指標不低的芯片，不足之處是24位的芯片，支持的採用頻率也有局限。據此，可能應該向後排列，但如果對音樂信號位數（如32位PCM）不是太刻意要求的話，還是很好的芯片。

CS4399和AD1955分別是Cirrus Logic和AnalogDevices公司最高端的音頻DAC芯片，AD1955時間較早但CS4399還是最近幾年的產品；WM8740、WM8741、WM8742是Wolfson半導體（屬於Cirrus Logic）公司的芯片，其中WM8741性能為最優；AKM公司的AK4490曾經是最暢銷的芯片，之後的替代產品AK4493和後來推出的其它型號的芯片有更好的性能；ESS公司的ES9026PRO、ES9016分別是定位低於對應的ES9038PRO和ES9018的產品，Sabre9006AS更是更早期芯片ES9006的替代品；PCM1795是Texas Instruments公司少數支持32位的音頻DAC芯片，和PCM1796、PCM1798一樣，性能低於PCM1794系列，是比PCM1794、PCM1792級別稍低的產品。

排列稍靠後的芯片，基本上是各公司旗艦或最高端芯片之下，低一點級別的產品，或是時間較早的核心產品，性能指標不俗，與各旗艦相比，有較好的性價比。

再從另外的角度看一下排名情況。

按價格排名：

註：按當前官方銷售渠道的各芯片銷售價格與其中最低價格相除得到價格指數。

按推出/上市時間排名：

註：以各廠商的官方商業文件和其它官方資料提供的信息作為時間依據；芯片WM8740/41/42的推出/上市時間尚不能確定。

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小結

ESS和AKM公司的芯片的推出時間較晚、技術較新，有較明顯的優勢。排名先後不等同於聲音的優劣，而且，每個人對聲音的評判會有自己的理解和標準。任何一款優秀的芯片都有可能帶來激動人心的好聲音；同樣，任何一款優秀的芯片，也都可能會受整機中其它部件的限制而發揮不出應有的性能，就比如120dB的動態範圍的來說，外圍電路要能夠實現這個性能也不是容易的。高端音頻DAC解碼芯片技術複雜、種類繁多，遺漏和差錯在所難免，歡迎指正、補充。

V2.0，2021年3月2日

參考資料：

1. The Data Conversion Handbook, ANALOG DEVICES, Walt Kester, Editor, ELSEVIER 2005；

2. Technical Details of the Sabre Audio DAC, Martin Mallinson and Dustin Forman, ESS Technology Technical Staff;

3. About Jitter：Digital Audio’s weakest link, AMM ESS, October 2011;

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19. = Preliminary = AK4191 Premium Digital ΔΣ Modulator, AsahiKASEI, 2020/02；

20. AK4377A Low-Power Advanced 32-bit DAC with HP, AsahiKASEI, 2018/02；

21. AK4490EN Premium 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2015/12；

22. AK4490 Premium 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2014/11;

23. AK4492 Quality Oriented 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2016/12;

24. AK4493 Quality Oriented 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2017/12;

25. AK4495S/95 Quality-oriented Premium 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2014/04;

26. AK4497 Quality Oriented 32-Bit 2ch DAC, AsahiKASEI, 2016/05;

27. AK4498 Quality Oriented Multi-bit Stereo DAC, AsahiKASEI, 2018/12;

28. AK4499 Premium Switched Resistor 4ch DAC, AsahiKASEI, 2019/02;

29. CS4398 120 dB, 192 kHz Multi-Bit DAC with Volume Control, Cirrus Logic, Inc. July ‘05;

30. CS4399 130-dB, 32-Bit High-Performance DAC， Cirrus Logic, Inc. Dec ‘16;

31. CS43131 130-dB, 32-Bit High-Performance DAC with Integrated Headphone Driver and Impedance Detection, Cirrus Logic, Inc. Oct ‘17;

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33. WM 8740 24-bit, High Performance 192kHz Stereo DAC, WOLFSON MICROELECTRONICS LTD, July 2000;

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35. WM 8742 24-bit 192kHz DAC with Advanced Digital Filtering, WOLFSON MICROELECTRONICS LTD, February 2013;

36. PCM63P Colinear ™ 20-Bit Monolithic Audio DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER, Burr-Brown Corporation, January, 1998;

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40. PCM1792A 24-BIT, 192-kHz SAMPLING, ADVANCED SEGMENT, AUDIO STEREO DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER, Texas Instruments, NOVEMBER 2006;

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44. DSD1792A 24-BIT, 192-kHz SAMPLING, ADVANCED SEGMENT, AUDIO STEREO DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER, Texas Instruments, NOVEMBER 2006;

45. DSD1794A 24-BIT, 192-kHz SAMPLING, ADVANCED SEGMENT, AUDIO STEREO DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER, Texas Instruments, NOVEMBER 2006;

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