最近想给自己做一个音频解码耳放(小尾巴)，选DAC的时候因为罗姆的公开资料比较完整，于是就打算用它的DAC。仔细看了看手册和官方评估电路之后，我发现了几个有趣的事情。
1-BD34352和BD34301的区别
目前罗姆市面上开始铺货的高端音频DAC有两款，BD34352和BD34301，批量价前者只要87块而后者要701块(下图)。
看手册这俩引脚是兼容的(下图)，于是我就很好奇这接近十倍倍的差价来自哪里。
在性能上，BD34352(下图左)相比BD34301(下图右)的SNR差了4dB，THD+N差了3dB。诶?这性能差别是从哪里来的呢？
再仔细看手册发现，34352的电流输出幅值为6.25mA_{p-p}，34301为9.8mA_{p-p}，这意味着在TIA相同的情况下，34301的输出幅值是34352的\frac{9.8}{6.25}≈1.6倍，功率是(\frac{9.8}{6.25})^2≈2.5倍，而10×\lg(2.5)≈4，诶，这就是SNR那4dB差异的来源:satisfied:。罗姆改了一下输出电流值就敢把售价翻十几倍，太黑心了:smiling_imp:。
然后，注意到34352和34301都有7个Test引脚，手册中要求悬空(下图)，但我偏不:smiling_imp:，我打算买几篇34352，捣鼓一下Test引脚，看能不能变成34301:smiling_imp:.
2-BD343XX的真实性能？
这里我们还注意到一个有趣的现象，在DAC内部电流输出级增益提升的情况下，输出噪声基本不变，说明此时基本上是TIA的噪声占主导地位，DAC的噪声基本可忽略。THD+N提升了3dB，看来DAC本身的谐波和噪声在此时也有影响但是比较小，主要还是后级TIA的影响。
那么，后级TIA的影响有多大呢？我们来看看BD34352官方评估板的电路图(下图)。
后面的BOM表中，也给出了此处采用的TIA是TI生产的NE5532
我们先来讨论噪声性能，根据NE5532的手册(下图)，在1kHz处，NE5532的电压噪声为5nV/\sqrt{Hz}，电流噪声为0.7pA/\sqrt{Hz}
那么，我们可以根据以上信息计算出TIA噪声组成的三个部分：电压噪声，电流噪声以及电阻热噪声(在25℃下)。
电压噪声：V_{N_{voltage}}=5nV/\sqrt{Hz}
电流噪声：V_{N_{current}}=I_{N_{current}}×R=0.7nV/\sqrt{Hz}
电阻热噪声：V_{N_{resistor}}=\sqrt{4×K_b×T×R}≈4.057nV/\sqrt{Hz}
那么，整体TIA的噪声为：V_{N_{tia}}=\sqrt{(V_{N_{resistor}})^2+(V_{N_{current}})^2+(V_{N_{voltage}})^2}≈6.477nV/\sqrt{Hz}
在20Hz~20kHz的带宽下，噪声RMS值为：V_{N_{rms}}=V_{N_{tia}}×\sqrt{20kHz-20Hz}≈915.5nV_{rms}
此时输出信号为6.25V_{p-p}，即2.21V_{rms}
那么此时差分信号的单极信号输出的SNR为：SNR=20×\lg(\frac{2.21V_{rms}}{915.5nV_{rms}})≈127.655dB
在完成差分转单端后，输出信号幅值变为之前的2倍，噪声变为原先\sqrt{2}倍，则SNR提升约3dB，那么此时SNR理论上限约为130dB。
实际上，薄膜电阻的噪声会高于理论热噪声(这点影响比较大)，并且工作一段时间后运放和电阻温度都会上升导致噪声变大(这点影响一般)，再加上运放以及电阻在频率小于1/f拐点时噪声也会变大(不过考虑到是A计权，这点影响不大)，所以，我们大致可以认为，BD34352手册中126dB的SNR，是受限于输出级TIA的，实际DAC表现应该会更好。
讨论完了SNR之后，我们再来看看THD。
比较坏的一件事是，我没有找到那个厂家生产的NE5532在手册中提供THD的信息，不过，好在这个运放应用非常广泛，我们可以找到一些用户测量的数据(下图，来自https://www.eetimes.com/op-amps-in-small-signal-audio-design-part-2-distortion-in-bipolar-and-jfet-input-op-amps/?_ga#genecy-interstitial-ad)。
上图中添加1kΩ电阻的情况与此处TIA的情况比较类似，我们可以看到此处的THD约为0.0004%@1kHz，也就是差不多-108dB。考虑到差分转成单端输出时会消除偶次谐波分量的影响。至此，我们同样大致可以认为手册中-112dB的THD+N是受限于后级的模拟电路。
那么，如何验证我们的这个猜想呢？
最直接的办法是直接做个板子测一下，但我比较懒而且没有APX555之类的仪器。
不过，我们可以找到其他使用BD343XX的产品，例如VMV D2R，它用BD34301实现了比手册中更好的性能(下图)。手册中标称-115dB的THD+N，VMV D2R则实现了-117dB的THD+N。
至此，如果VMV D2R的DAC不是用的特挑片的话，我们大概可以认为，罗姆的BD343XX系列的DAC还有更高的潜力，只不过没有被发挥出来。
3-如何改进BD343XX的外围电路？
那么，讨论完BD343XX评估板的局限之后，我们应该怎么改进它呢？
考虑THD的话，TI有很多音频运放的THD+N都可以轻轻松松-130dB，比如烂大街的OPA1612之类的。考虑到其他家的音频顶级DAC基本上THD+N也不会优于-125dB，罗姆应该不会比他们强很多，所以这里换个现代一点的高性能音频运放基本上就能发挥出BD343XX的性能，不会成为短板。
考虑SNR或噪声的话，那就要比较仔细地分析了。
我们再来看看整体TIA噪声的组成：
V_{N_{tia}}=\sqrt{(V_{N_{resistor}})^2+(V_{N_{current}})^2+(V_{N_{voltage}})^2}=\sqrt{4×K_b×T×R_{tia}+(V_{N_{voltage}})^2+(I_{N_{current}}×R_{tia})^2}
而整体的SNR为：
SNR=3+20×\lg{(\frac{V_{signal_{rms}}}{V_{noise_{rms}}})}=3+20×\lg({\frac{(I_{out_{p-p}}×R_{tia})/2\sqrt{2}}{V_{N_{tia}}×\sqrt{BW}}})=3+20×\lg{(\frac{(I_{out_{p-p}}×R_{tia})/2\sqrt{2}}{\sqrt{20kHz-20Hz}×\sqrt{4×K_b×T×R_{tia}+(V_{N_{voltage}})^2+(I_{N_{current}}×R_{tia})^2}}})
很容易观察到，当跨阻电阻R_{tia}足够大时，也就是输出电压幅值足够大时，输出信噪比几乎只受运放电流噪声的影响，此时SNR最好；当输出幅值变小到一定程度时，电阻热噪声的影响开始显现；当输出幅值变得更小时，就主要是运放电压噪声的影响了，此时SNR最差。
但是由于运放电源轨的限制加上实际应用电平的限制，显然输出幅值不能无限大。所以，若只考虑噪声的话，这里运放选型的最优解，应当在确定期望输出幅值之后才能定下来。
如果输出幅值很大的话，那么MOSFET/JFET输入级的运放可以实现最低的噪声，但是考虑到MOSFET/JEFT输入级的运放普遍电压噪声在4nV/\sqrt{Hz}以上，且电源轨限制其输出摆幅不能超过30Vp-p，所以这里不适用MOSFET/JFET输入级的运放。若用分立器件例如JFE2140做输入级，其噪声确实可以很低，但这样对失真产生的影响未知，所以也不考虑。
大概筛选一下Bipolar的运放，会发现OPAX891，OPA161X，OPAX210这三款的失真表现和噪声表现都明显比其他的运放好，但是适用范围不同。
以下讨论以BD34352为例，不过跨阻电阻阻值适用于其他情况：
在只考虑噪声的情况下，稍加计算就可得到以下结论：
在差分的单级输出大于7.2V_{p-p}，即跨阻电阻R_{tia}>1.15kΩ时，OPAX210构成的TIA的噪声最低，因为其虽然电压噪声最高，但是由于其输入级为Super-Beta的BJT，其电流噪声最低，使得其在大输出摆幅的情况下噪声最低。
在差分的单级输出小于7.2V_{p-p}但大于2.24V_{p-p}，即跨阻电阻328Ω < R_{tia} < 1.15kΩ时，OPA161X构成的TIA的噪声最低，因为其电压电流噪声都处于中等水平，在中等输出摆幅的情况下噪声最低。
在差分的单级输出小于2.24V_{p-p}，即跨阻电阻R_{tia}<328Ω时，OPAX891构成的TIA的噪声最低，因为其电压噪声最低，但电流噪声最高，使得其在小输出摆幅的情况下噪声最低。
考虑THD的话，看手册就能发现失真性能OPAX891略优于OPA161X优于OPAX210，不过此时感觉THD会由DAC主导，运放的区别能否较为明显的显现出来，未知。
综合考虑实际使用情况，以及运放购买难易度的话，OPA161X可能是最好的选择。在需要输出幅值很大的场合，例如驱动AKG K10000这种可能需要几十Vp-p摆幅的耳机，或者是更需要高摆幅的静电，那可能OPAX210更合适。如果不关心预算且需求是推小的高敏低阻入耳式耳机的话，那OPAX891最合适。
如果用OPA1612替代官方评估板上的NE5532的话，那么理论上TIA的噪声会减小到4.534nV/\sqrt{Hz}，理论极限信噪比将提升3dB。THD不好量化分析，不过也肯定比NE5532好。
不过这三个运放都有SOIC封装，引脚都兼容，轮流上阵测试哪个效果最好也完全没问题。
之后我打算用BD34352实际做一个电脑用的大尾巴出来，有条件的话测一测性能怎么样。
