你是否有想过为什么有的音响品牌在推出DAC产品的时候，会特别强调以FPGA芯片自行开发呢？是否觉得这是个噱头呢？

我们前几天在国外的讨论区上面看到有人在抨击Chord Electronics Hugo不是真的全FPGA的DAC，是有用到别人的DAC做最后的输出，然后就开始大声疾呼Chord Electronics在骗人blah blah blah⋯⋯。这个就让我们开始去想为什么那个发文的人会这么说？再继续往下看讨论串，开始有人回应比较模糊不清的FPGA DAC产品设计。最后，我们决定向有开发经验的朋友还有芯片的官方文件、学术文章等来源开始找资料。

这个主题对于电子电机相关背景的人来说，绝对是小菜一碟。所以，我们这篇文章的其实也算是我们自己的读书报告，把我们读到的资料、品牌PCB板图⋯⋯等等的资料，整理起来分享给音响发烧友们。

什么是FPGA？

FPGA的全名叫做：「Field Programmable Gate Array」，可以简单的当作是个可程序化的芯片，更可以把它当作是个空白的黑板，让工程师们在上面做各式个样的产品设计。当然，FPGA的应用不是只有在音响产业上，如下图：

从上面的图就可以知道，FPGA在生活上的应用是非常的多，不是只有在音响产业。

音响的应用呢？

FPGA在音响的应用，最常看到的就是数字讯号处理。也是大家认为的「数字模拟处理」。从这里开始，其实我们都犯了错，因为FPGA输入输出是属于数字转数字(Digital to Digital)。原则上，要能够构成一个完整的数字转模拟的流程，FPGA芯片后面一定要有数字转模拟的机制才能够完成。下图是讯号处理路径的图，可以参考一下。

看到这里，大家是否会想，那么，象是Playback Designs、EMM Labs、Chord Electronics、dCS、Nagra、MSB、Rockna Audio还有PS Audio⋯⋯等品牌他们是怎么处理的？如果有拆开过那些器材的上盖，或是看过别人拆上盖的俯拍图，基本上是看不到市售的DAC芯片，像是ESS、AKM、Texas Instrument或是Wolfson，那他们是怎么处理FPGA芯片的输出呢？

再回到刚刚的图，我们多加了个东西：

刚刚所提到的品牌，他们通常也是用这样的方式去处理FPGA输出后的数字模拟转换的行为。但是为什么是使用PWM + D类放大或是n-bit放大电路呢？目前最常见的做法是用PWM (Pulse Width Modulation) 。PWM可以产生1-bit讯号来控制D类放大器。不过，因为PWM是以升频的方式来进行转换控制，虽然会有很好的讯噪比 (SNR)，但同时也带来了谐振与非谐振失真，所以在设计的过程中，noise shaping还有其他防干扰处理都必须小心设计。而，n-bit电路的例子就象是MSB、Rockna、TotalDac那样的R-2R Ladder DAC架构，以多个电阻来控制讯号。

而这样的解决方案，从90年代就有相关的学术论文与实际产品出来。随着科技工业制程的进步，这类的设计也使得现在的一个完整的数字模拟转换器产品比早年的更有效率也更加好听。以PS Audio的图表为例，

下图是几个具备自主开发能力的品牌他们的DAC板的细节

那还有什么应用呢？

有的品牌的选择使用现成的DAC芯片，向ESS、AKM、Texas Instrument或是Wolfson订制以某个型号的芯片来用，开启、关闭一些需要与不需要的功能，剩下的就以FPGA来撰写自己的数字滤波逻辑、时钟校正⋯⋯等数字讯号处理的功能。例如说Benchmark DAC3、AURALiC的DAC产品、Linn、Boulder⋯⋯等，就是采用这样的方案来制作自己的产品。下图为Benchmark DAC3的内部图：

另一个应用就是PS Audio新一代的电源再生，使用FPGA来控制电源输出的方式，不过，官方没有特别说怎么处理，只有说用FPGA写了一个DSD正弦波产生器 (?)；没关系，我们也有黑人问号，只知道新的P12比P10好听，P15海放P10，P20是目前电源再生的王者。

再继续前往DAC设计⋯⋯

无论是拿FPGA当核心还是用现成的DAC芯片来做一个音响DAC产品，最后还是要回到整体设计的几个大方向：

• 电源处理

• 数字讯号处理

• 模拟讯号

大家如果仔细看，市面上最猛的、最好听的DAC产品，他们除了数字强之外，在电源与模拟讯号的处理真的是下足了功夫。

然后，回应到开头说的Chord Electronics的事情，仔细看过Hugo、Hugo 2的电路，根本就没有其他品牌的DAC芯片！Chord在FPGA芯片后面用了他们的「4e Pulse Array Discrete DAC」，来完成FPGA到完整数字转模拟这段路的拼图。也呼应了我们前面说的，FPGA输出最后还是需要一个机制来完成数字转模拟的程序。

最后⋯⋯

FPGA给音响工程师一个极大的空间去调整自己需要的功能。我们找的资料都已经是十几二十年前的资料，这些基础加上近几年的芯片制程技术，已经开始有很多解决方案来达成以前只能存在在学术文章内的事情。也有很多解决方案或是workaround来制作高效率、高音质的音响讯源。不过，我们还是要重申：