基于PCM5102A高解析度32位384KHz数字桌面耳放

项目简介

本项目是基于PCM5102A高解析度32位384KHz数字桌面耳放。DAC芯片使用PCM5102A，经过低噪声运放NE5532进行两倍增益，最后通过TPA6120A单位增益输出。该方案以经过验证，音频数据通过I2S标准音频接口输入，可自由选配多种X-to-I2S界面，输出接口标准3.5mm耳机接口，TI方案一条龙，静音状态下无可听底噪。

原理解析（硬件说明）

电源部分

电源部分使用WCH的CH224K PD协议受电芯片，外围电路简单，支持多种规格的电压输入，使用带PD协议的USB TypeC充电器进行供电，输出12V电压，大部分充电器均满足输出12V的能力，这里推荐使用质量较好的充电器，以降低电源纹波带来的影响。

NCE30P12S 进行缓启动，防止后级滤波电容过大导致上电瞬间电流太大导致充电器开启过流保护无输出。

DAC采用 3.3V 电源供电，PCM5102A 区分了数字电源和模拟电源。这里通过TPS54302 DC-DC从12V获取5V电压，通过LDO AMS1117-3.3获取数字3.3V供电给DAC，同时可以给i2s界面等设备供电。使用超低噪声LDO SPX3819M5-L-3-3 获取3.3V模拟电源给DAC，TPS54302内部自带电荷泵获取DAC所需要的正负电压。中间加了一级DCDC，避免直接从LDO 12V获取3.3V 降低LDO发热，提高效率。

运放部分使用+-12V双端电源方案，采用大功率DCDC XL6009E1搭建CUK & SEPIC拓扑输出+-15V电压，然后通过L7812 & L7912进行LDO稳压，输出+-12V所需要的电压，提供较高的动态范围。

解决上电爆音依旧采用继电器延迟的方式。

另外，电源部分配备大容量高品质电解铝电容进行滤波，提升音质，可根据自身需求进行替换和修改。

数字信号部分

使用PCM5102A高解析度32位384KHz DAC，提供HIFI级高保真音频输出，本项目预留出了I2S标准音频接口输入，可自由接入USB界面，蓝牙界面等，具体参数可阅读芯片手册。

模拟信号部分

DAC输出信号通过一个手册推荐的高带宽的RC低通滤波电路，滤除高于采样频率384KHz的噪声，达到最佳输出。

之后该信号通过电位器分压，用户可通过调整电位器来调整输出音量，并通过一个音频专用耦合径向无极性电容，隔离DAC输出的直流分量，送入低噪声运放NE5532进行二级放大，NE5532被配置为2倍增益的同相放大配置。

NE5532输出的信号通过高品质耳放 TPA6120A进行输出，TPA6120A被配置为单位增益的反相放大，提高系统的稳定性。

在PCB布局上，数字信号均走背面，模拟信号均走正面，并且模拟部分远离DCDC源，模拟地和数字地通过一个0R电阻耦合，模拟部分尽量单点接地，降低干扰。

注意事项

模拟信号部分的背面和正面均没有铺铜，以保证最小的寄生电容，因此请远离射频源使用，因为运放反馈对寄生电容相当敏感，为了兼顾EMC性能，可选择背面铺铜，但正面最好不要铺铜，特别是运放反馈部分。
DAC芯片PCM5102A发热较大，背面已经打了散热通孔焊盘，推荐正面再贴上散热鳞片辅助散热，其他芯片基本不发热，无散热要求。
建议使用高品质PD协议的充电器，降低电源纹波。
滤波电容可根据自身需求做出适当调整，不必要和我使用相同的滤波电容。
建议使用高品质I2S界面，相位噪声完全取决于I2S界面时钟。
PCM5102A原理上无须隔直电容，因此两个径向电容可以去掉，为了看起来更HIFI可以加上，无影响。
复刻成本大约100元左右。