EVGA Nu Audio 架构分析实测，这是你等待已久的真
2020-05-21
Microsoft 自废武功砍掉 DirectSound，加上主机板厂商逐渐重视整合音效品质，音效卡的需求越来越式微，但依旧有 1 群较为重视电脑类比输出的玩家，投入外接 USB DAC 怀抱。EVGA 透过旗下资源，并与英国 Audio Note 合作，推出 Nu Audio 音效卡，找回过往的热情。
AMD 创办人之一、曾长期担任 CEO 的 Jerry Sanders 曾经说过：「有晶圆厂的才是真男人！」（“Real men have fabs.”），EVGA NU Audio 音效卡的诞生过程也相当类似。EVGA CEO Andrew Han 本身就是爱玩音响的同好中人，因此让自己的公司开发 1 款音效卡是再自然不过的事。
NU Audio 音效卡锁定在双声道立体音处理，因此没有多声道 DAC 转换处理功能（可透过光纤 TOSLINK 输出数位 5.1 讯号），也不具有 3D 模拟多声道的华丽变身；主动式零件均是一时之选，被动式零件则採用英国知名 Audio Note 电容与电阻。由于近期厂商对于 PCIe 介面音效的投资并不多，NU Audio 採用 USB 外接式 DSP 处理晶片内化的方案，再透过 PCIe USB 控制晶片进行转换。
▲NU Audio 包装一隅切角做出造型。
▲背面以多国语言描述 NU Audio 音效卡的特色以及规格。
▲纸质说明书包含硬体、软体各 1 份，以及提醒使用者更换运算放大器时，须注意插槽供应的电压（详情后述）。
▲考虑到许多玩家的设备依旧採用 3.5mm 规格为大宗，因此附上 6.3mm 公转母 3.5mm 转接头、RCA 梅花公转母 3.5mm 转接头各一。
NU Audio 採用单槽设计，外部覆盖 1 片压印近期 EVGA 显示卡多边形设计意象的金属屏蔽盖，音效卡侧边一隅与金属屏蔽盖均有开孔，方便内部晶片与线性稳压器散热。近期流行的 RGB LED 灯光效果似乎也被认为是不可或缺的成分，于侧边安排 1 组，并可透过软体控制或完全关闭。
▲NU Audio 音效卡，正面覆盖 1 片金属屏蔽盖。
▲金属屏蔽盖与音效卡侧边均有开孔，利于内部晶片与线性稳压器散热。
▲音效卡右上方线性稳压器处理器，额外加装 1 组散热片排除废热。
▲I/O 档板支援 2 个 RCA 梅花线路输出、1 个 6.3mm 耳机输出、1 个 3.5mm 线路输入、1 个 3.5mm 麦克风输入，此外还有 1 个 S/PDIF TOSLINK 光纤输出。
▲音效卡侧边安排 RGB LED 灯光效果，一旁针脚用以连接机壳前置面板。
▲NU Audio 音效卡电路板一览。
EVGA Nu Audio 规格
DSP：XMOS XU216-512-TQ128DAC：AKM AK4493（384kHz/32bit、DNR：123dB）ADC：AKM AK5572（Line-In、384kHz/32bit、DNR：121dB）、Cirrus Logic CS5346（Mic-In、192kHz/24bit、DNR：103dB）运算放大器：Analog Devices AD8056（Line-Out、可更换）、Analog Devices OP275（Headphone、可更换）、TI OPA1652（Line-In）I/O：Line-Out（RCA R/L）、Headphone（6.3mm）、Line-In（3.5mm）、Mic-In（3.5mm）、TOSLINK、前置面板针脚连接介面：PCIe 2.0 x1辅助电源：SATA power作业系统：Windows 7/8/8.1/10 64bitUSB 桥接架构
Nu Audio 的数位音讯 DSP 处理核心採用 XMOS XU216-512-TQ128 多核心微控制器，这颗微控制器对外主要透过 USB 2.0 High-Speed 与主机沟通，因此 EVGA 在这张音效卡上安排 ASMedia ASM1042A USB 3.1 Gen1 控制器，作为 PCIe 与 USB 介面相互转换的桥樑。
▲ASM1042A USB 3.1 Gen1 控制器，将 PCIe 讯号转换为 USB 讯号并与后端 XMOS 晶片沟通。
XU216-512-TQ128 多核心微控制器採用 RISC 架构，内部共有 2 组区块，每个区块共有 8 个实时处理逻辑核心，在这张音效卡主要用来作为 DSP 数位讯号处理。除了晶片运作所需 24MHz 晶体震荡器之外，XU216-512-TQ128 附近还有 NIHON DEMPA KOGYO（NDK）低相噪 22.579MHz 与 24.576MHz 晶体震荡器，各自负责 44100Hz 及其倍数，以及 48000Hz 及其倍数取样之用。
▲XU216-512-TQ128 多核心微控制器。
▲低相噪 22.579MHz 与 24.576MHz 晶体震荡器，各自负责 44100Hz 与 48000Hz 及其倍数的取样之用。
线性稳压设计
进入 DAC 与类比讯号处理阶段之前，先来看看这张音效卡的电源供应设计，绝大部分的电力供应（特别是与类比讯号处理部分）都不是撷取自 PCIe 插槽，而是由 SATA power 电源插座提供，再藉由多个线性稳压器转换所需电压。由于音效卡同时从 +3.3V、+5V、+12V 汲取电流，因此无法使用一般的 Molex 4pin 转 SATA power 转接线。
▲NU Audio 从 SATA power 电源插座同时汲取 +3.3V、+5V、+12V，因此无法使用 Molex 4pin 转 SATA power 转接线，少了 +3.3V 无法正常驱动音效卡。
SATA power 输入 +12V 之后，先行利用交换式电源结构升压至 +16.5V 并转换出 -16.5V，接着分别利用 TI TPS7A4701 与 TPS7A33 超低噪音线性稳压器降压至 +14.5V 与 -14.5V，提供耳机输出放大器以及输出缓冲所需。另一方面，透过 μA7810C 和 LM337 先行降压成 +10V、-10V，接着同样利用 TPS7A4701 与 TPS7A33 降压至 +5V、-5V，提供 DAC、LPF、线路输出放大器、电位器使用。此外 DAC 所需 +3.3V 电压，则从 SATA power +5V 经过 Unisonic UZ1084 线性稳压器转换而来。
▲+14.5V/-14.5V、+5V/-5V 线性转换区，外围设有接地铜片隔离 +16.5V/-16.5V 交换式电源升压杂讯。
▲+10V/-10V 以及 +5V 线性稳压晶片贴有导热垫，透过 1 个散热片溢散废热。
▲UZ1084 线性稳压器负责转换出 +3.3V。
▲NU Audio 音效卡上所见 Nichicon 固态电容主要作为电压转换后的储能工作，类比处理晶片电源输入的滤波去耦电容则採用 Audio Note 和 Panasonic FC 电解电容。
类比输出可换设计
负责将数位音讯讯号转换成类比讯号的 DAC 晶片，NU Audio 音效卡选择 Asahi Kasei Microdevices（AKM）AK4493EQ，这里设定的 PCM 音讯最高支援 384kHz/32bit、DSD256（11.2MHz），晶片原始规格动态範围和讯噪比都是 123dB，总谐波失真加杂讯则可达 -113dB。该晶片还加入 6 种音色滤波器可供选择，稍后软体部分一併介绍。
▲AK4493EQ 为双声道 DAC 晶片，音效卡并未预留升级成多声道的扩充针脚，晶片作为双声道使用的动态範围与讯噪比均为 123dB。
DAC 转换输出之后，左右声道各安排 1 颗 LME49724 全差动音讯放大器，应是作为 LPF 低通滤波与放大之用，期间自然少不了採用 Audio Note 电解电容与电阻，以及 WIMA 薄膜电容。之后透过 Analog Devices AD8056 电压回授型放大器，将差动讯号转为单端讯号，输出至左、右声道 RCA 梅花插座线路输出。
▲2 颗 LME49724 负责 LPF 低通滤波与讯号放大。
▲类比讯号处理大多透过 Audio Note 电解电容与电阻、WIMA 薄膜电容，其中电阻均为 ±1％ 规格。
▲AD8056 电压回授型放大器负责将差动讯号转换成单端讯号至线路输出，-3dB 频宽达 300MHz，跳越率（slew rate）则为 1400V/μs。
接着进入耳机输出处理，左、右声道讯号先行进入 Dallas Semiconductor（已被 Maxim Integrated 收购）DS1882 双声道音讯数位电位器调整音量，因此 PCM 音讯除了可以透过 XU216-512-TQ128 调整 EQ、音量之外，播放 DSD 输出至耳机时也能够调整大小声。
▲DS1882 双声道音讯数位电位器让 DSD 音讯也能够在输出耳机时调整音量，并避免採用软体调整音量压缩动态範围。
调整音量大小之后，DS1882 输出讯号至 OP275 运算放大器进行放大作业。选择这颗的原因不外乎能够驱动阻抗 600Ω 的耳机与调音，若是玩家不喜欢的话， DIP-8 直插脚座的设计可自行更换，但须注意运算放大器适用电压範围，NU Audio 于耳机放大处提供 +14.5V/-14.5V，线路输出则是 +5V/-5V。接着左、右声道再分别进入 1 颗 LME49600 高电流耳机缓冲晶片。
▲OP275 运算放大器负责耳机输出孔的放大作业。
▲2 颗 LME49600 高电流耳机缓冲晶片放在 OP275 和耳机 6.3mm 插座之间，以便更好地驱动低阻抗耳机。
线路、麦克风双输入
Nu Audio 虽未留下升级类比多声道输出的可能性，却依旧留有线性、麦克风等 2 种 3.5mm 双声道输入。先从较为简单的麦克风输入说起，讯号进入音效卡之后，经过一些电容、电阻交连讯号，直接进入 Cirrus Logic CS5346 ADC 晶片的麦克风输入脚位，内建 32dB 的前置放大，最大取样规格为 192kHz/24bit。
▲麦克风输入处理路径较为简易，直接将讯号输入至 CS5346 ADC 晶片。
线路输入的处理路径比较複杂，讯号输入音效卡先行经过 OPA1652 放大讯号，双声道再各自进入 THS4551 全差动放大器，将单端讯号转换为差动讯号，再餵给后端 AK5572 双通道 ADC 晶片。EVGA 将此 AK5572 ADC 晶片取样规格设定与音效卡的输出相同，均为 384kHz/32bit。
▲线路输入讯号先行经过 OPA1652 放大。
▲透过 2 个 THS4551 全差动放大器，分别将线路输入 2 个声道的单端讯号转换为差动讯号。
▲2 个差动讯号最终输入 AK5572 ADC 晶片进行处理，取样规格最高设定在 384kHz/32bit。
NU Audio 音效卡电路板除了电容、电阻、各类晶片之外，还可以见到 3 颗 NEXEM（前身为 NEC Tokin）UC2 系列继电器，其中 1 颗放置在线路输出之前，应是作为开机防爆音之用，另外 2 颗分别安排在耳机 6.3mm 插座之前以及电路板中央，负责耳机输出、麦克风输出的背板、前置面板路径切换，不若部分音效卡採用另外 1 组较差的 DAC、ADC 路径。（机壳前面板的设计与製造品质又是另外一回事……）
▲音效卡电路板安排多颗 UC2 系列继电器，让前置音效面板输出也可以享受到背板输出的品质。
▲NU Audio 音效卡类比输出路径示意图。
▲NU Audio 音效卡类比输入路径示意图。
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