方案背景

现在有更多的音乐爱好者与HiFi发烧友希望在手机上获取更好的听音体验，然而在现实使用中，手机仅有Type-C/Lighting接口，缺少耳机孔，且无内置Hi-Res声卡；设备存储空间/网络带宽有限，无法存储/在线播放太多高码率高清音频；传统HiFi解码器体积较大，不便外出携带，普通的便携的解码器又无法满足HiFi爱好者的要求。

使用MQA小尾巴作为扩展声卡能够完美解决上述问题，木瓜科技的MQA小尾巴方案实现USB UAC2.0协议异步传输高清码率音频，支持音频流高达384kHz PCM、DSD256和MQA全解，实现准时的，bit-perfect的音频解析。MQA小尾巴在实现HiFi音频消费者对高保真无损播放设备的需求的同时，增加了设备的便携性，是一种满足用户在移动设备的Hi-Res音频需求的优秀方案。

方案概要

XMOS USB MQA小尾巴方案是便携式高性能HiFi播放声卡解决方案的完美选择，其优秀地结合了XMOS的专有的XCORE架构，高反转且灵活I/O，高精准时钟同步和高保真的数字音频传输以及MQA的高性能算法，其中：

• 实现MQA全解码（MQA Full Decoder），由于MQA音频文件占用存储空间较小，通过算法能够展开MQA音频文件，提供尽可能高的声音质量，以满足用户在移动设备对高码率，高品质音频的需求。
• 采用标准的UAC2.0（USB Audio Class 2.0）协议和异步传输（Asynchronous）方式，能够确保USB以高带宽传输高清音频数据，同时能够高度兼容各大操作系统类如Windows，Android，Linux等。
• 高反转且灵活I/O，能够轻易实现高速率的I2S（PCM/DSD/DoP/MQA）音频接口，能够满足便携设备多通道的需求。

在XMOS USB MQA小尾巴方案中，其要求在外围电路中采用优秀的外置音频时钟源（Oscillator/Clock），以确保其时钟抖动较低；本方案使用的是USB 2.0协议中的Asynchronous时钟模式，主机（Host）与播放设备（Device）间同步的音频时钟源是设备上本地的非常低时钟jitter的有源时钟，方案本身就能够保证时钟精度与bit-perfect的音频数据传输。

方案要求设计者采用外置的高端的DAC芯片。对DAC的要求包括高SNR、高THD、高通道分离度以及较低的功耗。确保用户能够获取高采样率，并符合手机的供电要求。对设计者优秀的电源设计，音色偏好设计，和运放选型有最大的释放度。设计者在XMOS HiFi USB Audio方案的bit-perfect前提下，能够充分发挥HiFi音频所需的模拟音频设计。

方案特性

USB协议

• USB 2.0（Full-speed and High-speed）
• USB Audio Class 1.0
• USB Audio Class 2.0
• USB Firmware Upgrade（DFU）
• UAC 2.0协议，支持ASIO，支持多种操作系统，如Windows，Linux，Android，MAC OS和IOS等

音频接口

• I2S

  • Direct Stream Digital（DSD）
  • DSD over PCM（DoP）
  • Pulse-code modulation（PCM）
  • Master Quality Authenticated（MQA）

音频采样率

• PCM：44.1kHz，48kHz，88.2kHz，96kHz，176.4kHz，192kHz，352.8kHz，384kHz
• DSD：DSD64，DSD128，DSD256
• DoP：DoP64

方案框图

XMOS USB MQA小尾巴方案推荐使用最新的XU316-1024-QF60B-PP24芯片平台，由于此类产品对功耗和算力的要求较为严格，故不推荐使用更早的XMOS平台芯片作为主控。XMOS芯片平台实现了完善的UAC协议（UAC1.0&2.0）以及音频接口。并包含了对时钟低抖动的质量把控，和Bit-perfect的质量把控，成为USB转I2S的优秀桥梁。木瓜电子结合XU316-1024-QF60B-PP24芯片低功耗，高性能的特性，将MQA全解算法融入方案中，通过算法对音频频谱的展开，提供了尽可能高的声音质量。

本方案中，我们推荐选用CS43131作为DAC，能够在较低功耗的情况下支持384kHz以及DSD256，并提供可观的推力。

其中:

• XU316-1024-QF60B-PP24需要3V3，1V8和0V9电源供电
• 可选使用外部时钟（Oscillator）提供I2S的MCLK给DAC
• 需要外挂16Mbit QSPI Flash，用于存储XU316的固件
• 需要外置DAC（推荐CS43131）

软件框架

XMOS USB MQA小尾巴方案采用XMOS独有的XCORE多核架构实现，这里以XU316-1024-QF60B-PP24为例，阐述该方案的实现原理，同时建议用户查看文档，以加深对该架构的理解。

• XMOS USB Audio白皮书

• 软件开发指导

需要说明的是，XU316-1024-QF60B-PP24拥有16个逻辑核心，MQA全解算法需要占用较多的XMOS资源核心，已预分配的资源如上图所示，另外MQA Decoder Lib以及XMOS跨Tile传输会额外使用4个逻辑核心，共计使用12个逻辑核心。

如果需要增加其他功能，则需要考虑剩余的核心分配，常见的额外功能如：

• HID控制（播放/暂停）
• DAC音量控制
• 屏幕显示

MQA全解

• 录音：MQA在演播室中可以被完全批准和认证，通过MQA的演播室工具集，可以预览所有的播放场景。

• 折叠：捕获录音后，MQA对文件进行折叠，使音频文件足够小，以便进行流媒体播放。MQA称之为 "音乐折纸"。

• MQA文件：“音乐折纸”对环境有积极的影响，可以将流媒体工作室级别声音的碳排放减少至少80%。

• 解码：MQA可以在任何设备（Android/Windows/IOS）上播放，提供高于CD（48kHz）的音频质量。当与MQA解码器（XMOS）配对时，MQA文件会通过算法还原出原始录音。

• MQA全解：XU316能够搭载完整的MQA解码器，以在展开文件时，提供尽可能高的声音质量。在这个级别的解码播放中，用户可以听到艺术家在录音室里创造的东西--搭配精确的文件以及特定平台的DAC补偿和管理。

MQA认证

木瓜科技基于MQA小尾巴方案制作的MQA_HPM_CS131解码板已经通过英国MQA认证，您可以联系我们以获取参考设计以及询问MQA相关授权信息。