与 RCA 同轴电缆相比,光纤 TOSLINK 有什么优势?

电器工程 声音的 光纤 互连 toslink
2022-01-30 11:29:26

在音频设备之间传输数字音频的流行标准是AES3 标准(也称为 S/PDIF)。该标准发送立体声 PCM 音频,并且经常出现在消费电子产品中。该标准规定了多种互连类型,其中 RCA 同轴电缆和光纤 TOSLINK 是最流行的两种。

通常在音频手册中,通常会注意到光纤 TOSLINK 提供了出色的连接,因为光缆通常具有优越的性能。我了解光纤的物理介质不易受噪声影响,并且具有更高的理论带宽。就个人而言,我从未注意到两者之间的区别。

我想问一下,在数字音频传输的范围内,两条电缆之间是否有任何可观察或可测量的差异?如果不是音频保真度,传输质量是否有差异?TOSLINK 不仅仅是一条价格过高的电缆吗?

TOSLINK 电缆

RCA 电缆 RCA 连接器更便宜且更普遍。

4个回答

除了TimB的回答,这种光通信还有一个优势。

使用 RCA,连接的两个网络必须相互引用。在光学的情况下,两者之间存在电流隔离。因此,接地回路的问题可能会减少,网络可以保持隔离等。这也意味着接地不能充当大天线,这可能会使整个系统更容易获得低噪声。

RCA 连接器的另一个缺点是接地连接。如果您查看大多数现代连接器,您会发现首先进行接地连接。结果,被连接的两个电路首先被拉到相同的电位,然后连接实际数据。如果首先连接数据,这种情况仍然会发生 - 但这样做的电流现在必须流过您可能更敏感的数字接收器电路。在 RCA 连接器中,第一个连接是承载数据的中心引脚。出于这个原因,我经常被告知,在将整个系统连接到电源电压之前,您应该始终先连接 RCA 连接器 - 或者使用其中一些设备必须始终将系统参考电源接地的接地片。不用说,热插拔

我想问一下,在数字音频传输的范围内,两条电缆之间是否有任何可观察或可测量的差异?

其实,是。

隔离:

光纤不导电,因此它解决了接地回路、嗡嗡声/嗡嗡声问题以及任何对射频干扰不敏感的问题。同轴电缆也可以用变压器隔离,但这会增加成本并且在消费类设备中并不常见。在数字 RCA 接地和任何其他 RCA 接地之间使用万用表进行快速测试将显示是否存在变压器隔离。

这对于连接到电缆接地的有线电视盒来说确实很重要,因为这往往会产生烦人的接地回路。

带宽:

市场上的大多数光收发器将具有足够的 24bits/96kHz 带宽,但只有少数能够通过 24/192k,没有一个可以通过 384k。如果你想知道你得到了哪一个,做一个测试。那是相当二元的:它有效或无效。当然,您可以购买带宽更高的光收发器(用于以太网等),但您不会在音频设备中找到这些。

Coax带宽没问题,能过384k也没问题,听上去好不好留给市场部练习吧。

192k 是营销噱头还是有用是一个有趣的问题,但如果您想使用它并且您的光学接收器不支持它,那么您将不得不使用同轴电缆。

长度

塑料光纤很便宜。依靠 1dB/m 衰减。这不是损耗为 1-2dB/km 的优质玻璃芯电信光纤!这对于家庭影院中 1m 长的光纤来说无关紧要,但如果您需要 100 米长,同轴电缆将是唯一的选择。75R电视天线同轴很好。或者更好的纤维,但不是塑料。当然,连接器是不兼容的。

(注意1dB/m是数字信号,不是模拟音频。如果数字信号衰减太大,接收器将无法解码,否则会出现错误)。

误码率

除非出现重大问题,否则两个系统都将存在所有位(我检查过)。BER 在实践中不是问题。任何谈论 SPDIF 中的位错误的人都有卖点,通常是解决不存在的问题的昂贵噱头。SPDIF 还包括错误检查,因此接收器将屏蔽任何错误。

抖动

与实施良好的同轴电缆相比,光接收器会增加更多的抖动(在 ns 范围内)。

如果同轴电缆的实现很糟糕(低端没有足够的带宽扩展、违反 75R 阻抗、高符号间干扰等),它也会增加抖动。

这仅在接收端的 DAC 没有实现正确的时钟恢复(即 WM8805、ESS DAC 或其他基于 FIFO 的系统)时才重要。如果它做得好,就不会有可测量的差异,祝你在双盲测试中听到任何东西。如果接收器不能正确清除抖动,那么电缆之间的声音会有所不同。这是“接收器不工作”的问题,而不是电缆问题。

编辑

SPDIF 将时钟嵌入到信号中,因此必须将其恢复。这是通过与输入 SPDIF 转换同步的 PLL 完成的。恢复时钟中的抖动量取决于输入信号转换中的抖动量以及 PLL 抑制它的能力。

当数字信号转换时,重要的时刻发生在它通过接收器的逻辑电平阈值时。此时,添加的抖动量等于噪声(或添加到信号中的误差量)除以信号压摆率。

例如,如果一个信号的上升时间为 10ns/V,并且我们添加了 10mV 噪声,这将使逻辑电平转换的时间偏移 100ps。

TOSLINK 接收器比同轴电缆添加的随机噪声要多得多(光电二极管信号很弱,必须放大),但这不是主要原因。它实际上是频带限制的。

同轴 SPDIF 通常与电容交流耦合或变压器耦合。这在任何传输介质的自然低通特性之上增加了高通。结果是一个带通滤波器。如果通带不够大,这意味着过去的信号值会影响当前值。参见本文中的图 5 。或者在这里:

在此处输入图像描述

较长周期的恒定电平(1 或 0)将影响下一位的电平并及时移动转换。这会增加与数据相关的抖动。高通和低通方面都很重要。

光学增加了更多的抖动,因为它的噪声更高,并且它的通带小于正确实施的同轴电缆。例如,请参阅此链接192k 上的抖动非常高(几乎是比特时间的 1/3),但 48k 上的抖动要低得多,因为接收器没有足够的带宽接收 192k 信号,所以它充当低通,并且之前的比特拖尾进入当前位(即符号间干扰)。这在 48k 上几乎不可见,因为接收器带宽足以满足该采样率,因此符号间干扰要低得多。我不确定这家伙使用的接收器是否真的支持 192k,波形看起来真的很糟糕,我怀疑解码器芯片会觉得它好吃。但这很好地说明了带宽与符号间干扰的关系。

大多数光接收器数据表将指定几纳秒的抖动。

如果 SPDIF 同轴电缆像低通滤波器一样工作,也会出现同样的情况。传递函数的高通部分也起作用(阅读上面链接的文章)。如果电缆很长并且阻抗不连续导致反射破坏边缘,则相同。

请注意,这仅在以下电路不拒绝它时才重要。所以最终结果非常依赖于实现。如果接收器是 CS8416 并且 DAC 芯片对抖动非常敏感,那么它可能非常可听。随着更现代的芯片使用数字 PLL 来重建时钟,祝你好运!这些工作非常好。

例如,WM8805 将接收到的数据通过一个微型 FIFO 运行,并使用 Frac-N 时钟合成器来重构时钟,其频率会在一段时间内更新一次。在范围内观看是相当有趣的。

光纤不会产生电磁辐射,但更重要的是它不受电磁干扰的影响,在极端条件下可能会导致铜线数据损坏。这种干扰可能来自在负载下关闭的开关的电弧,或者可能由高负载下的电机产生。

好吧,我买了一根便宜的同轴数字电缆和一根便宜的 SPDIF 光缆,当然,同轴电缆听起来沉闷而扁平,我换了光缆,它在整个频率范围内变得更加明亮和活泼。所以这并不是所有的营销炒作,我从 40 多年前离开学校后就开始专业从事 HiFi 和电子行业