XMOS USB MQA小尾巴

参数

主控平台 XMOS
UAC协议 高速 UAC2.0 (High-speed)
同/异步模式 异步模式
音频接口 I2S
音频格式 PCM/DSD/DoP/MQA
采样率 44.1kHz~384kHz
位深 16/24/32 bit
ASIO 支持
兼容操作系统 Linux / Android / IOS / macOS等支持UAC2.0标准的系统(Windows场景下需要额外安装驱动)

应用

XMOS USB MQA小尾巴方案是木瓜电子基于XMOS UAC方案推出的解决方案,能够支持PCM384/MQA全解的同时保持较低功耗。

由于对性能与功耗有较高要求,本方案目前仅适合基于最新XCORE.AI架构的XU316-1024-QF60B-PP24芯片平台:

型号 架构 年份 描述
XU316-1024-QF60B-PP24 XCORE.AI 2021 XMOS 最新芯片平台,代替XU208和XU216芯片

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评估板

名称 功能描述 状态 购买
MQA_HPM_CS131便携解码耳放评估板 XMOS USB Audio评估板 Coming Soon Coming Soon

配套芯片

名称 功能描述 状态 购买
XU316-1024-QF60B-PP24 XMOS USB Audio主推型号 On Sale 淘宝链接

DAC-APP

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。

DAC-struction

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。

MQA小尾巴-核心

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

MQA小尾巴-MQA流程

  • 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

木瓜电子基于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。

技术文档

软件下载