修复2.58美元HDMI转VGA适配器的模拟音频

背景

近日，Hacker News 上一篇题为《Fixing analog audio on the $2.58 HDMI-to-VGA adapter》的技术文章引发了关注。作者购买了一款超低价的 HDMI 转 VGA 转换器（DAC），用于将 Nintendo Switch 连接至 CRT 显示器和外接音箱。然而，这款转换器的音频输出存在严重的噪声问题，作者为此花费了数天时间进行诊断、滤波原型设计和 PCB 改造，试图在现有硬件条件下获取最佳音质。原文详细记录了从最初使用 ICY-Box HDMI-to-VGA DAC 修复 I2C 线路，到最终转向 AliExpress 廉价转换器并发现其音频缺陷的全过程。

核心内容

前篇：修复旧款 HDMI DAC

作者的初始方案是将 Switch 底座插入 ICY-Box HDMI-to-VGA DAC。在改造其 I2C 连接（bodge）时，作者损坏了 PCB 上的多条走线并丢失了元件，不得不通过 GIMP 逐条追踪 I2C 线路并重建功能。该 DAC 的 HDMI 输入是一个 I2C 从设备，SDA/SCL 线路上原设有高阻抗上拉电阻（至 5V），作者遗漏了这些电阻，同时芯片侧的低阻抗电阻会将总线拉至地电位。作者借此机会练习了微焊接技术，使用了 NH 推荐的磁线（magnet wire）和 3 秒焊锡涂层。36 号规格线材的漆包绝缘层比 Kynar 更耐热，粗细适中，不易断裂也能避免焊盘剥离。焊锡涂层可覆盖无需焊接的裸露焊盘，也能固定已完成焊接的焊点和导线，但对 PCB 附着力较差——作者怀疑需要更彻底地清洁和粗糙化表面，或尝试 YCS 的 3 秒涂层。

在照片上追踪 PCB 时，作者多次因在顶层和底层之间翻转时方向错误而犯错。下次将考虑使用 KiCad 的参考照片功能进行符号化建模，而非 GIMP 的铅笔工具。

连接 Switch 至音频混音器

出乎意料的是，连接 Switch 到外置音箱是整个搭建中最困难的部分。ICY-Box DAC 没有音频输出（据作者判断，ITE IT6892FN 芯片不输出模拟音频），而 Switch 的耳机插孔向混音器和音箱引入了严重的干扰。经过数小时拔插和替换各种线缆及组件的调试，作者最终结论是：当 Switch 连接到地环路且未处于睡眠模式时，其音频电路会拾取 60Hz 交流哼声并放大到输出中。

作者在线求助，收到了大量建议，可行性参差不齐：

• 地环路隔离器：利用变压器传递电压偏移，隔离不同电路段的地。小型隔离器会衰减低频信号，大型则昂贵。但廉价隔离器或许仍值得一试。
• 平衡差分音频：专业调音台采用的方案，可避免地环路。但设备昂贵，DI 盒常将电压降至麦克风电平，反而增加噪声敏感度。
• HDMI 音频提取器：渠道名为 “chaos” 的网友告知，所有 AliExpress 上的 HDMI 转 3.5mm 或 TOSLINK 提取器质量都很差，而发烧级产品又很贵。大多数 HDMI 音频提取器属于完整的比特流接收器，也处理视频信号，仅提取数据岛并转换为模拟或 S/PDIF 音频的成本可能同样高昂。
• 负反馈音频光隔离器：具有两个接收器，通过驱动 LED 使两个接收器的电压匹配输入电压。但 1BitSquared Discord 服务器上有人劝阻作者使用（原因不明）。
• 差分放大器处理地线与两路音频信号：作者放弃此想法，因为不知道如何处理超出放大器供电轨的输入，且共模噪声抑制可能不佳。

作者找到的最简单变通方案是将 Switch 音量调到最大（关闭耳机音量限制器），使游戏音频高于地环路哼声，然后在混音器上降低音量。但每次将 Switch 放入或取出底座时，仍需插拔耳机插孔，且担心长期损伤主机音频放大器。作者还测试了 Apple USB-C 音频转接器，但未能从中获得音频输出（注：作者同样在朋友的 Switch 2 上听到了相同的音频嗡嗡声，当时归咎于第三方 HDMI 转接器。作为旁注，作者表示在任天堂起诉 Switch 模拟器开发者、滥用企业法律预算威胁独立开发者后，再也不会购买任天堂的新游戏机。）

HDMI 转 VGA 音频提取器

/crt/ Discord 服务器推荐了一款 AliExpress 上的 VGA 转接器，带 3.5mm 音频输出，价格 2.58 美元（不含运费，近期略涨至 2.71 美元，不含国庆节临时促销）。到货后，作者将 VGA 输出接入视频切换器，HDMI 输入连接 Switch，音频输出连接混音器……却听到了迄今为止最严重的噼啪声。

作者将其连接至电脑，通过主板麦克风插孔捕捉音频，发现一个奇怪现象：关闭 Realtek 音频的 Mic Boost 时噪声几乎听不见，但开启 +30 dB 后噪声完全淹没正常声音（即使将音量调低到游戏音频正确水平）。作者怀疑转接器要么输出超声谐波，要么其放大器在改变 Mic Boost（从而改变麦克风插孔输入阻抗）时发生失真。

为测试阻抗理论，作者用示波器测量主板音频输入与地之间的电阻。烦人的是，输入引脚存在超过 2V 的直流偏置，对地短路后消失，但断开后又立即恢复——这完全排除了正常测量阻抗的可能性。尽管如此，两种方向测量都显示开路（一种方向）和 300 欧姆（另一种方向）。重要的是，这个测量值不会随 Mic Boost 设置而变化。此时作者必须用示波器检查信号问题。

用示波器探测音频

作者将音频输出接至转接电缆，用示波器探测外露的导线。结果显示惊人的 500–600 mV 噪声覆盖在音频之上，谐波高达 50 MHz。因此确认问题在于超声 DAC 开关噪声（MHz 级别）被非线性放大器调制为可闻失真。

作者拆开转接器，发现内部芯片为 NX3303X，未找到官方数据手册，但一个中文网站提供了该芯片的框图和引脚定义。搜索该芯片的其他用户时，作者发现了 c0pperdragon（以 Lumacode 闻名）的 HDMI2SCART 项目。该项目 PCB 大量使用从类似 AliExpress DAC 中拆下的芯片，并且将音频输出直接连接至扬声器（虽然通过隔直电容，但没有高频滤波）。后来作者得知 c0pperdragon 遇到了相同的音频问题，不得不在芯片输出与地之间添加电容。

浏览该仓库的 issue 跟踪器时，作者遇到了“Where to get NX3303X?”的问题。该线程透露 MX9291 是另一款集成音频输出的 HDMI-to-VGA DAC 芯片。在进一步搜索 NX3303X 时，原文中断，但已充分展示了作者的诊断流程。

关键要点

• 廉价 HDMI 转 VGA 适配器（$2.58）存在严重的音频噪声问题，噪声幅度高达 500–600 mV，谐波频率至 50 MHz，源于 DAC 芯片的超声开关噪声。
• 问题根源：芯片内部的 delta-sigma 音频 DAC 产生的高频噪声被非线性放大器调制为可闻失真，且音频输出缺乏适当的滤波电路。
• 诊断方法：作者通过改变 Mic Boost 设定、测量主板音频输入阻抗、使用示波器探测信号，逐步排除地环路和阻抗问题，最终确认噪声频谱特性。
• 芯片信息：该转接器核心芯片为 NX3303X（无公开数据手册），另一款同类芯片 MX9291 也集成音频输出；c0pperdragon 的 HDMI2SCART 项目曾遭遇相同问题，解决方案是在芯片输出与地之间加电容。
• 替代方案失败：地环路隔离器、平衡差分音频、HDMI 音频提取器、光隔离器、差分放大器等方案因成本、可用性或技术难度均被放弃。最简单的权宜之计是提高 Switch 音量并降低混音器音量，但这并非根本解决。