分立式 R-2R DAC 的復興

文｜梁錦暉

近幾年在Hi Fi音響界，「R-2R」這個名詞再度興起，有不少音響名牌打響「R-2R」的旗號，標榜它比常見的Delta-Sigma (ΔΣ) DAC更靚聲，但心水清的發燒友都應該知道，R-2R並非什麼新事物，如果從電子學角度來說，R-2R解碼線路歷史悠久，但應用在高級音響器材上卻又不是很老遠的事。1980年代的早期CD播放器曾採用單片式R-2R DAC芯片，然而在單一芯片上製造數十個電阻值準確的電阻是一件極度困難的事情，而且成本亦非常高昂，只要有微小的製造偏差都會導致非線性響應及失真，因此，後來R-2R DAC芯片逐漸被後來更易量產及測量性能更優勝的Delta-Sigma DAC所取代。

到了2010年代，R-2R又再度興起，不過就以分立（Discrete）形式出現。分立設計通過在電路板上使用手工匹配的高精度電阻，突破了芯片集成的限制，不過，成本就非常高了。

那麼，究竟R-2R跟Delta-Sigma如何比較呢？

R-2R DAC工作原理

R-2R DAC的核心其實是由兩種電阻值（即R和2R）以梯形網絡、數碼開關及穩定的參考電壓組成的。

數碼訊號轉成模擬輸出大概可以分成四個步驟：

第一步是二進制輸入。當16bit或24bit的數碼訊號輸入時，每個bit（0或1）控制對應的邏輯開關。當訊號是“1”時，邏輯開關會接通參考電壓Vref；當訊號是“0”時，開關接通地線（0V）。

第二步是電流分流。在梯形網絡中，每個節點都遵循分流定律。每個2R電阻上的電流都會平均分成兩路，一路流向下一級節點，另一路流向輸出端，最高有效位（Most Significant Bit或MSB）的電流貢獻是最低有效位（Least Significant Bit或LSB）的2n-1倍。

第三步是電壓疊加，通過梯形網絡的特殊結構，MSB開關接通時，會貢獻Vref/2電壓，次高位貢獻Vref/4，第三位貢獻Vref/8，如此類推，第n位貢獻Vref/2n。

第四步是模擬輸出。所有接通開關的電壓貢獻疊加輸出，形成最終的模擬電壓。

Vout =（D0/2 + D1/4 + D2/8 + … + Dn/2n）x Vref。其中D0、D1、…、Dn等為數字位元的值。

關鍵靚聲因素

上面你可能被一大堆理論弄得一頭霧水，但不難發現R-2R的效能其實是受著幾個因素影響。

首先，電阻精度要求極高，誤差必須少於0.01%甚至更低，2R電阻必須精確等於2個R電阻的串聯值，任何微小的誤差都會導致非線性失真。

此外，所有電阻必需具備相同的溫度系數，溫度變化時，電阻值必須同步變化，除了電阻本身的溫度系數外，電阻也會受著環境溫度影響，在分立式設計中，要在狹窄的機身內保證每一枚電阻受著環境溫度變化要完全一樣是十分困難的。

另外，電阻的精度和速度要取得平衡，因為開關速度影響電阻建立的時間，電阻寄生電容亦限制了高頻響應，所以要在兩者取得平衡，亦極具挑戰性。

R-2R vs Delta-Sigma

那麼，R-2R相比Delta-Sigma又如何呢？R-2R是並聯處理，所有位元同時轉換，所以響應是即時的，沒有任何延遲，而Delta-Sigma是串聯處理，依靠Over-Sampling（過度取樣）及數碼濾波，會產生相當的延遲。

由於訊號徑純凈，R-2R沒有數碼濾波，聲音較自然和有機，相反Delta-Sigma的技術指標如訊噪比、總諧波失真可以以較低成本獲得優良等級，但聲音會較為有數碼味。

看到這裡，我相信你應該明白世上沒有十全十美的DAC設計，R-2R並非靚聲的保證，Delta-Sigma也並非等於不好聲。

※ 本文輯錄自【音響技術】2026年1月號第532期 ※

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