Простой цап – Собираем качественный ЦАП уровня hi-end из недорогого набора

Содержание

Собираем качественный ЦАП уровня hi-end из недорогого набора

Главное в нашем деле — взять верный старт! Я не обязан заботиться о выстраивании линейки продуктов от дешёвого ширпотреба до самого что ни на есть high-end’а. Поэтому могу позволить себе сразу выбрать понравившийся чип цифро-аналогового преобразователя и строить дизайн вокруг него. Итак, за основу был взят «мистический ЦАП» как его называют в Сети. Я не буду делать из маленькой микросхемы большого секрета, но давайте всё же для начала сохраним интригу.

Построить хороший ЦАП для себя любимого я собирался ещё с прошлого столетия, но как-то всё руки не доходили и более приоритетные задачи брали верх. И вот тут-то мне на радость появился заказчик, с одной стороны способный оценить хороший звук, с другой же стороны — согласный мириться с некоторым уровнем «самодельщины» в законченном устройстве. Естественно я приложу все усилия, чтобы мои клиенты остались довольны своим выбором. Что теряют мои «pre-production» изделия по сравнению с серийными аппаратами раскрученных брендов — так это:

часть монтажа выполнена паутинкой на «слепышах», а не на печати, что положительно отражается на качестве звука, но, увы, не будет доступно в серийных образцах;
я не экономлю на мелочах типа сетевого фильтра или шунтирующих ёмкостей, в чём, кстати, не раз доводилось уличать всеми признанные авторитеты;
«брэнд» мой ещё не слишком широко известен в узких кругах 🙂

На старт, внимание…

С чего начать? Правильно, лучше всего с готового устройства, пусть даже и простенького, но содержащего ключевые компоненты. В Китае за US$ 50 был приобретён неплохой в общем-то набор для самостоятельной сборки ЦАП. Как я уже упоминал, китайский экономический гений не отличается особыми техническими талантами, так что всё в том наборе было по-минимуму, в точности по datasheet’ам. Разве что питание создатели набора выстроили, как им казалось, прямо-таки очень качественное: навтыкали «КРЕНок» гирляндами. Зато к наборам прилагались весьма сообразные R-core трансформаторы.

На данном этапе не стояла задача как-то особо управлять цифровым приёмником или ЦАП’ом, поэтому жёстко зашитая минималистская цепочка S/PDIF->I2S->DAC меня вполне устроила.

Сознательно не стремился найти ЦАП с USB входом. Причина простая: компьютер фонит очень сильно и пускать весь этот мусор в аудио-аппарат нету никакого желания. Конечно, есть методы, но мне до сих пор так и не попалось ни одного ЦАП с грамотной развязкой USB входа (аппараты за 1К зелёных и выше, а так же изделия российских аудио-«левшей» не в счёт).

Считаю необходимым отметить, что несмотря на все мои придирки к схемотехнике и т.п., качество исполнения печатной платы просто отличное!

Берём контроль над ситуацией в свои руки

В документации на ЦАП в одном месте написано, что ножку аналогового питания надо зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. На схеме нога 18 именно так и зашунтирована.

Чуть дальше в том же документе сказано, что вход на ножке 17 желательно зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. Разработчик поступил в полном соответствии, исполнительный товарищ, просто молодец!

Ещё в одном месте документации сказано, что 17 ногу можно завести прямиком на аналоговое питание. Что и видим на схеме 🙂

Что самое забавное, не только в схеме, но и на печатной плате всё так и разведено: с двумя электролитами и двумя конденсаторами по 0.1мкФ, с коротышом прямо между 17 и 18 ногами чипа (дорожка к конденсаторам от 17 ноги уходит под корпус микросхемы):

Всё пришло именно таким вот грязненьким с завода. Как я это отмывал — отдельная история 🙂

Для особо любопытных: шаг ножек корпуса микросхемы — 0.65мм.

Сопротивление бесполезно!

У друга моего Вадича-Борисыча попалась мне как-то ВКонтакте шикарная картинка: «сопротивление бесполезно«. Вот, навеяло, оно тут так же бесполезно, как дублированные шунтирующие конденсаторы на схемке выше, перерисовал «схему» специально для Вас:

Мне же необходимо было управлять тем, что происходит на 17-й ножке. Пришлось резать по живому. Хорошо ещё не под чипом завели перемычку — перспектива отпаивать одну ножку SSOP корпуса как-то не радует.

Посредственность — за борт

Какой цифро-аналоговый преобразователь обходится без операционных усилителей?

Правильно, только качественный ЦАП. Так что скромный фильтр на NE5532 я просто не стал напаивать. Может и стоило, чтобы было что послушать для сравнения и удостовериться, насколько неубедительно играют глубокие петлевые ООС… Но у меня уже есть CD-проигрыватель от маститого производителя, который очень старательно отыгрывает весьма посредственный звук ОУ, хоть и спрятанных за звучным названием HDAM и упаяных в экранчики. Да и других подобных «образцов» достаточно.

Учиться, учиться, и… думать!

Пожалуй на всех без исключения ЦАП от производителей из «поднебесной» наблюдаю одни и те же паровозы из «КРЕНок» (фото справа не моё, выловлено в Сети). Включая веером последовательные стабилизаторы напряжения разработчики, очевидно, пытаются добиться лучшей развязки по питанию и уменьшения проникновения помех из цифровой части в аналоговую. К сожалению, в массах отсутствует то, что я называю «токовым мышлением» в схемотехнике. На самом-то деле всё просто и… немножко грустно.

Посмотрите на какую-нибудь LM317 со стороны выхода. Наверняка найдёте 10мкФ электролит и ещё немного мелких емкостей. Теперь давайте прикинем постоянную времени в этой цепи: достаточно заглянуть в datasheet и убедиться, что выходное сопротивление «кренки» весьма невелико, чего и добивались разработчики интегрального стабилизатора. Точно считать, честно признаюсь, сейчас лень, но помехи с частотами скажем от 100КГц и ниже кренка «видит» прямо на своём выходе, сиречь управляющем электроде и, как её и спроектировали — передаёт эти пульсации «наверх по команде», старательно пытаясь удержать напряжение на своём выходе.

Колебания тока попадают на выход более высоковольтного стабилизатора. Следуя той же логике всё ещё достаточно высокочастотные изменения тока практически беспрепятственно гуляют по всей цепочке стабилизаторов. И свистят и шумят на всё окружение.

Единственное рациональное зерно в применении двух линейных стабилизаторов подряд я вижу лишь в том, что маленькие точные стабилизаторы обычно не переносят высоких входных напряжений, а наборы для само-сборки ЦАП’ов часто попадают в руки паяльщиков-такелажников, которые нередко даже не утруждаются заглянуть в доки на применённые компоненты. И наборы те по-прежнему должны работать…

Распространение достаточно высокочастотных помех легко предотвратить добавив в схему… обыкновенных резисторов. Простые RC фильтры по входу линейных стабилизаторов обеспечат прекрасную развязку ВЧ пульсаций в обе стороны, резко сократив «расстояние» по схеме, докуда доберутся броски тока (включая и «земляной» провод!)

Так что питание претерпело серьёзные изменения на плате. Увы, не обошлось без пары перерезанных дорожек и навесного монтажа.

Иногда маленький резистор много эффективней, нежели большой конденсатор:

Относимся с уважением к наследию предков

Вместо тупого моста ставим супер-быстрые диоды в выпрямитель, что ощутимо снижает «удары» тока в моменты запирания диодов. Этот приём достаточно популярен и вполне осмыслен, так что воспользуемся им и мы:

Кстати, именно непонимание того, как развязать линейные стабилизаторы по ВЧ и приводит дотошных разработчиков к тому, что на каждый блок схемы начинают ставить отдельный трансформатор. Другое весьма популярное, но тоже затратное решение проблемы последовательных стабилизаторов: использование связок источник тока — параллельный стабилизатор. В данном случае с развязкой всё в порядке, только вот мощности рассеивать приходится с немалым запасом.

Не будем требовать слишком много от «кита»

Для описания серии экспериментов с различными стабилизаторами нужна отдельная статья. Здесь лишь отмечу, что к чести разработчиков из Поднебесной, выбранный ими LDO стабилизатор lm1117, возможно, наилучший вариант из серийно выпускаемых и относительно доступных интегральных стабилизаторов. Всякие 78ХУ, LM317 и иже с ними просто отдыхают из-за несообразно большого выходного импеданса (мерял на 100КГц). Увы, в ту же корзину пошли и прецизионные LP2951. Чуть лучше ведёт себя TL431 в схеме шунтирующего стабилизатора, но там своя история: TL431 бывают очень разные, в зависимости от того, кто их делал. 1117 выигрывает с большим опережением. Увы, он же оказывается и самым шумным стабилизатором. Урчит, пищит и с нагрузкой и без.

Пришлось собирать стабилизатор самому, на дискретных компонентах. Всего из двух скромных транзисторов, следуя идеологии HotFET, удалось «выжать» всё то, что в интегральном исполнении требует десятков транзисторов и всё одно не дотягивает. Конечно, для обеспечения работы «сладкой парочки» потребовалось ещё несколько активных компонентов… но это опять уже совсем другая история.

Интересный результат макросъёмки: невооружённым глазом не заметил, что плата не до конца отмылась от флюса [картинка].

Полимеры правят балом

Последней доработкой, направленной на достижение наиболее верной передачи звука, стало «выглаживание» питания.

В критических местах были заменены обычные (пусть и неплохие ChemiCon) алюминиевые электролиты из набора — на твердотельные алюминиевые Sanyo OS-CON. Поскольку собирал два одинаковых набора в параллель, была возможность устроить «А/Б» тестирование. Разница на грани слышимости, но она есть! Без сигнала с обычными электролитами, на (очень) большом усилении, в наушниках присутствовало некое «шумовое пространство». Полимерные электролиты переносят нас в абсолют.

Sanyo OS-CON — фиолетовые бочонки без надпила на крышке.

Не хочешь думать головой — работай руками

Практически на всех платах и наборах ЦАП с применением цифрового приёмника CS8416 китайцы ставят тумблер, чтобы пользователь мог выбрать между оптическим и медным входом S/PDIF (фото справа — типичный пример, выловленный в Сети). Так вот: не нужен там переключатель, микросхема приёмника вполне может слушать два входа безо всякой помощи извне, будь то грубый тумблер или мудрый микроконтроллер.

Делюсь с Вами трюком, подсмотренным на демо-плате от самих Cristal Semiconductor. Достаточно подключить к примеру медный S/PDIF к RXN, а выход оптического TOSLINK приёмника — к RXP0.

Надеюсь, не надо объяснять, как такое работает? 😉

Даже в референтном дизайне фирмачи напахали, забыли-таки шунтирующий конденсатор в питании TORX 🙁

Экономия или безграмотность?

Очень полезно бывает почитать документацию производителей, особенно тех, что делают те самые микросхемки, на которые потом молются аудиофилы. Раскрываю самый секретный секрет: reference design board, evaluation board и тому подобные «пробнички» от производителей обычно содержат в себе примеры грамотного применения тех самых микросхем. Причём покупать все эти платы совсем не обязательно, да и ценники на такие «образцы» бывают самые разные: и 50, и 400, и за тысячу зелёных могут перевалить. Но, дорогие мои разработчики, документация на все эти платы выложена в открытом доступе! Ладно, хорош поучать.

Итак, чего недочитали китайцы, или на чём они сэкономили: скромные шунтирующие керамические конденсаторчики в 1000пФ в параллель к 10мкФ и 0.1мкФ. Казалось бы — зачем, ведь такими емкостями мы шунтируем частоты от десятков мегагерц и выше. Аудио-диапазон принято считать до 20кГц, ну до сотни кГц. Но цифровую-то часть в цифро-аналоговом преобразователе никто не отменял. Так вот именно помехи на десятках мегагерц беспрепятственно гуляют по недорогим самостройным ЦАП’ам, заставляя дрожать в страхе все PLL и создавая тем самым идеальные условия для возникновения наводящего ужас ДЖИТТЕРА.

Ещё один популярный способ сэкономить на спичках

Подавляющее большинство производителей как источников цифрового аудио-сигнала, так и цифро-аналоговых преобразователей экономят 30…50 центов на каждом устройстве. Расплачиваемся за это мы, пользователи. Подробности читать здесь.

Какой high-end без ламп?

Веселят меня полчища tube-DAC и tube-headphone-amplifier’s в ценовом диапазоне от полутора сотен до сотен долларов, наводнившие рынок в последнее время. Видать нравится народу, как шипит и искажает лампочка при 15…24 вольт анодного. Впрочем, разбор всех болячек подобных ЦАП’ов и псевдо-ламповых усилителей для наушников — тема для отдельной статьи, да не одной.

(фото справа для примера, у меня такого лампоцапа нет)

Богатая тема. Я тут лишь по верхам пробежался, аналоговую часть вообще не затронул. А уж как интересно бывает развести правильно «землю» или организовать простое и при том удобное управление аппаратом. И чего стоят одни аттенюаторы — их ведь можно выбирать разного сопротивления, строить по разным топологиям, включать в разных частях тракта. Согласование источников с нагрузкой — очень, очень интересный, знаете ли, вопрос!… Но на сегодня пора мне уже закругляться.

BOM, или Bill of Materials

Конечно, пятьюдесятью долларами дело не ограничивается. Керамические конденсаторы из набора были заменены плёнкой. Диоды Шоттки, качественные электролиты, да много ещё чего пришлось добавить, не говоря уже о корпусе. Ну и, конечно, мой усилитель HotFET: всего 2 (два) каскада усиления от выхода ЦАП до наушников или выхода на усилитель. Ни много ни мало, а только в самом усилителе 32 транзистора насчитал в стерео варианте. Да транзисторы все — JFET’ы да depletion MOSFET’ы. Никак в полтинник зелёных не укладываюсь даже по комплектующим 🙂 Причём заметьте, это безо всякой аудиофильской эзотерики. Ну да на этот счёт у меня тоже есть своё мнение. Ведь есть же люди, считающие, что поставив «правильные» компоненты — любую схему можно заставить звучать. Если Вы, дорогой читатель, из их рядов — научите, я прислушаюсь, поспорю, отслушаю и расскажу всем о своих опытах прямо на этом сайте.

Так где же обещанная халява???

Друзья, эта статья — просто размышления, заметки на полях, была написана по горячим следам переделки китайскоЦАПа. Сам я больше в такую авантюру ни за что не ввяжусь: хоть и получилось неплохо, но обошлось слишком дорого по времени и по затраченным усилиям. И никому не советую. Когда разбирался с тем набором — яд просто сочился, что и отразилось в статье 🙂 Прошу прощения за слегка надменный стиль изложения, и ежели не оправдал ваши ожидания и не предложил раздачу почти бесплатных хайендных цапов населению 😉

Если же Вам было интересно — дайте знать, пожалуйста. Материала в закромах ещё много, а вот силы, мотивацию публиковать да оформлять всё это дают в основном отзывы, комментарии моих читателей.

myelectrons.ru

ЦАП. Так ли все просто?

Цифро-аналоговый преобразователь — устройство для перевода цифровых данных в аналоговый сигнал. Это своеобразный мост между аналоговой и цифровой частями схемы. Сфера применения ЦАП очень широка. Это — усилители звука, аудиокодеки, обработка видео, устройства отображения, системы распознавания данных, калибровка датчиков и других измерительных устройств, схемы управления двигателями, системы распределения данных, цифровые потенциометры, программируемое радио (SDR) и т.д.

Принцип работы

Принцип работы ЦАП заключается в суммировании аналоговых сигналов (ток или напряжение). Суммирование производится с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода. Выходной сигнал ЦАП может иметь форму тока, напряжения или заряда. Преобразователи с токовым выходом используются в основном в прецизионных и высокочастотных схемах. Для определенности мы будем рассматривать ЦАП с выходным напряжением, как наиболее распространенные. Из таблицы 1 видно, что максимальное выходное напряжение на 1 МЗР (младший значащий разряд входного кода) ниже напряжения полной шкалы (ПШ). Некоторые ЦАП позволяют использовать всю шкалу.

Табл. 1. Сигналы четырехразрядного ЦАП (опорное напряжение 5 В)

Входной код	Выходное напряжение, В
0000	0,0000
0001	0,3125
0010	0,6250
0011	0,9375
0100	1,2500
0101	1,5625
0110	1,8750
0111	2,1875
1000	2,5000
1001	2,8125
1010	3,1250
1011	3,4375
1100	3,7500
1101	4,0625
1110	4,3750
1111	4,6875

Характеристики ЦАП

Наиболее важные характеристики ЦАП — это разрядность, шаг квантования (разрешающая способность) и точность преобразования.

Передаточная характеристика (ПХ) — зависимость выходного сигнала ЦАП от входных данных.

Разрядность (N) — количество бит во входном коде.

Разрешение — это выходное напряжение, соответствующее 1 МЗР. Оно зависит от количества разрядов и определяет точность преобразования сигнала.

Частота дискретизации (частота Найквиста) — максимальная частота, на которой ЦАП может работать, выдавая на выходе корректный результат. В соответствии с теоремой Котельникова, для корректного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, чтобы частота дискретизации была не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре сигнала.

Полная шкала — диапазон значений выходного сигнала.

Монотонность — участок на ПХ, где наклон постоянен. На этом участке ЦАП линеен.

Время установления — интервал времени от момента изменения входного кода до окончательного вхождения выходного сигнала в заданный диапазон отклонения.

Выходной выброс — это переходный процесс, возникающий во время смены входных данных. Величина выброса зависит от количества переключаемых разрядов.

Погрешность смещения нуля — разность между фактическим и идеальным выходным сигналом, когда на входе ноль.

Погрешность ПШ — разница между фактическим выходным напряжением и напряжением ПШ.

Погрешность усиления — отклонение наклона ПХ от идеального.

Дифференциальная нелинейность — разность приращений выходных сигналов, соответствующих смежным соседним кодам.

Интегральная нелинейность — максимальное отклонение реальной ПХ от прямой линии.

Классификация

Цифро-аналоговые преобразователи делятся по типу входных данных на последовательные и параллельные. По разрядности выделяют ЦАП с повышенной точностью (большая разрядность, N≥14) или с высоким быстродействием (6—8 разрядов). Выходной сигнал может иметь форму напряжения, тока или заряда.

Рассмотрим некоторые структуры ЦАП. Простейшим ЦАП является взвешивающий (делитель Кельвина), структура которого показана на рисунке 1. Каждому биту преобразуемого двоичного кода соответствует резистор или источник тока, подключенный на общую точку суммирования. Сила тока источника (или проводимость резистора) пропорциональна весу бита, которому он соответствует. N-разрядный ЦАП содержит 2N одинаковых последовательно соединенных резистора и 2N ключа (обычно КМОП), по одному между каждым узлом цепи и выходом.

Рис. 1. Структура взвешивающего ЦАП

Взвешивающий метод — один из самых быстрых, однако характеризуется наименьшей точностью. Обычно такой ЦАП имеет выход по напряжению и отличается хорошей монотонностью. Если все резисторы одинаковы, ЦАП линеен. Недостаток данной модели — относительно высокий выходной импеданс и большое количество резисторов и ключей.

ЦАП на матрице R–2R. Это одна из наиболее распространенных структур (см. рис. 2). Здесь используются только две величины сопротивлений, находящихся в отношении 2:1. Количество резисторов равно 2N. Резистивный делитель можно использовать в качестве ЦАП двумя способами, в режиме напряжения и режиме тока (они также известны как нормальный и инверсный режимы). Главное преимущество ЦАП с выходом по напряжению заключается в том, что выходной импеданс постоянен. Второе достоинство — отсутствие емкостных токов в нагрузке. Недостатки данной структуры: во-первых, опорный источник должен иметь очень низкий импеданс; во-вторых, для регулирования усиления нельзя использовать резистор, включенный последовательно с опорным источником. В токовом режиме это допустимо, однако выбросы в токовой схеме больше. С другой стороны, ключи находятся под потенциалом земли, поэтому защита от большого перепада напряжений не требуется.

Рис. 2. ЦАП на R–2R матрице с выходом в форме напряжения

В сигма-дельта ЦАП (см. рис. 3) преобразование осуществляется с помощью сигма-дельта модуляции, когда квантование осуществляется всего одним разрядом, но с частотой, в десятки и сотни раз превышающей частоту Найквиста. Как видно из рисунка 4, сигма-дельта модулятор преобразует входной сигнал в последовательный непрерывный поток нулей и единиц. Если входной сигнал близок к положительному краю полной шкалы, в битовом потоке на выходе больше единиц, чем нулей, и наоборот, если сигнал ближе к отрицательному краю, то больше нулей. Для сигнала, близкого к середине шкалы, количество нулей и единиц примерно одинаково.

Рис. 3. Общая структура сигма-дельта ЦАП

Рис. 4. Принцип работы сигма-дельта модулятора

Интерполяционный фильтр представляет собой цифровую схему, которая принимает данные, поступающие с низкой частотой дискретизации, вставляет нули в поток данных, увеличивая тем самым частоту дискретизации, затем применяет алгоритм интерполяции и выдает данные с высокой частотой дискретизации. Выходное напряжение одноразрядного ЦАП переключается между равными по значению положительным и отрицательным опорными напряжениями. Выход фильтруется аналоговым ФНЧ.

Перемножающий ЦАП работает с различными опорными сигналами, в т.ч. переменного тока. Выходной сигнал пропорционален произведению опорного напряжения на дробный эквивалент цифрового входного числа.

Сегментированные (гибридные) преобразователи. При проектировании конкретного ЦАП может оказаться так, что ни одна из базовых структур не подходит, и придется комбинировать различные структуры для получения ЦАП с высоким разрешением и требуемыми характеристиками.

Подбор ЦАП

Для выбора подходящего ЦАП необходимо определить требования, которым должны соответствовать его параметры. В первую очередь это — разрядность, разрешение, время установления выходного сигнала (быстродействие), интерфейс подключения, напряжение питания и т.д. Обычно при проектировании устройства сначала выбирается его главный элемент — вычислительное ядро (процессор, ПЛИС, МК и т.д.), который определяет интерфейс обмена с остальными элементами схемы. В таблице 2 приведены четыре наиболее распространенных интерфейса для ЦАП.

Табл. 2. Сравнение интерфейсов ЦАП

Интерфейс	Количество выводов	Скорость работы
Параллельный	Данные: 8—16 линий; Управление и тактирование — 2—4 линии	До 100 Мбит/с
I2C	2 линии: данные и тактирование	До 1 Мбит/с
SPI	4 линии: тактовый сигнал, выходные данные, входные данные, выборка кристалла	До 400 Мбит/с
Microwire	3 линии: тактовый сигнал, входные данные, синхронизация кадра	До 400 Мбит/с

Параллельный интерфейс — наиболее простой в реализации, однако при этом используется много линий передачи данных, микросхема имеет много выводов и занимает больше места на плате. Последовательные шины I2C и SPI являются наиболее распространенными в современных МК. Недостаток SPI — его нельзя настраивать так точно, как I2C, поэтому устройства с SPI могут быть не полностью совместимы между собой.

Разрядность ЦАП и величина опорного напряжения определяют шаг изменения выходного сигнала. Время установления определяет быстродействие ЦАП. При работе с постоянными или низкочастотными сигналами этот параметр не имеет большого значения. Однако им нельзя пренебрегать при работе на ВЧ.

Нелинейности бывают двух типов: интегральная и дифференциальная. Линейный ЦАП работает как зеркало, точно отражая входные данные. Влияние нелинейностей проиллюстрировано рисунком 5. Как правило, эти искажения следует учитывать в прецизионных схемах, таких как системы калибровки или измерительное оборудование.

Рис. 5. Нелинейные искажения выходного сигнала

Для работы ЦАП нужно два источника напряжения (питания и опорное). В некоторых схемах для них используется один вывод, однако в этом случае точность ИП должна быть очень высокой, не хуже 1%. Преобразователи с раздельными выводами имеют более сложную схему, однако они не так требовательны к выбору ИП.

Тип и размер корпуса также имеют большое значение и могут существенно сузить диапазон выбора. Например, если конвейер автоматической сборки не позволяет устанавливать ИС с шариковыми выводами, то ЦАП, не выпускающиеся в других корпусах, использовать нельзя. Во-вторых, корпус может повлиять на распределение тепла на плате. В портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием можно использовать только малопотребляющие ЦАП.

Шумовые характеристики

Источниками шума в схеме являются проводники, разъемы, трансформаторы, индуктивности, электрическое поле, создаваемое конденсаторами, антенны и прочие элементы. Наибольший вклад вносят шумы от проводящих линий.

Как известно, соединительные проводники представляют собой не только активное, но и реактивное сопротивление. Соответственно, нужно следить за тем, чтобы все контуры возвратных токов были как можно меньше, тогда индуктивность проводов уменьшается и не возникает шума по земляной шине.

Формирование выходного сигнала

ЦАП можно подключить к нагрузке напрямую, однако, как правило, ставится дополнительный буфер или согласующее устройство. Это может быть неинвертирующий ОУ или повторитель напряжения (см. рис. 6). При использовании буфера следует удостовериться, что он не вносит погрешность больше 1/2 МЗР. При согласовании ОУ с ЦАП следует учитывать и другие параметры ОУ: полосу пропускания, размах напряжения и т.д.

Рис. 6. Способы формирования выходного сигнала

Земля

Если на плате имеется только один слой земли, то шум от цифровых элементов может проникнуть в аналоговую часть схемы. Чтобы избежать этого, рекомендуется делать отдельные полигоны земли для аналоговой и цифровой частей, соединенные тонким проводником. Второй способ — использовать два внутренних слоя, соединенных сквозным отверстием. Этот метод более надежен, однако стоимость платы увеличивается.

Литература

1. McCulley В. Bridging the Divide//www.analog-europe.com/en/bridging-the-divide-part-1—dac-introduction.html?cmp_id=71&news_id=222900832&vID=35.

2. Kester W. Data Conversion Handbook//Analog Devices, 2004.

www.russianelectronics.ru

Качественный ЦАП своими руками. Цап с поддержкой DSD на AudioHobby.ru

После прослушивания в дружеской компании «нового усилителя Василича» в связке с моим ЦАП на АК4399, меня попросили порекомендовать максимально простую, но прилично звучащую схему ЦАП с поддержкой hi-res для дальнейшей самостоятельной сборки. Подключение — оптика и коаксиал.

Я предложил собрать цап на связке AK4113 + AD1853 или АК4399. Вариант с АК4399 отпал по причине отсутствия в наличии свободных микросхем, а с первыми двумя я мог сразу помочь. Другие общедоступные и опробованные мной AD1955, PCM1794, PCM1798 хоть и имеют лучшие параметры, субъективно не позволили мне добиться более качественного звука чем с AD1853 и AK4399.

Ранее в процессе экспериментов с AD1853 было обнаружено несколько неприятных ее особенностей:

несимметричность модуляторов;
появление постоянки в 60-80 мВ на выходе выхлопа при отсутствии мастер клока,
субъективное ухудшение качества звука в форматах отличных от RJ24/16

К сожалению большинство общедоступных схем на базе AD1853 страдают от этих недостатков и в добавок не могут похвастаться поддержкой частот дискретизации до 192 кГц. В новом ЦАП я решил устранить все эти недостатки.

В качестве цифроприемника была выбрана AK4113, так как обладает низким значением джиттера и поддерживает прием данных с частотой дискретизации до 216кГц. Также микросхема очень удобна и проста в управлении в режиме «parallel mode», что позволило выбрать оптимальный выходной формат (RJ24) для AD1853 и выставить 2 кратную интерполяцию при работе с частотами дискретизации более 48кГц (для 44.1 и 48кГц кратность — х8). На практике хоть AD1853 и заработала с кратностью х4 даже с частотами 176,4/192 кГц, но измерения показывают значительный рост шумовой полки и искажений в таком режиме по сравнению с х2.

Схема ЦАП на AK4113 и AD1853

В итоге мной была предложена следующая схема:

В преобразователе ток-напряжения выбран OP42. В звене вычитателя использовал хорошо зарекомендовавшую себя связку AD744 c буфером Buf634.

audiohobby.ru

Новый высококачественный самодельный ЦАП — DRIVE2

После предыдущих экспериментов, решил закрыть домашний вопрос с ЦАП’ом и собрать самодельный из покупного кита.

Изначально, планировал более простой вариант на PCM1702 с бюджетом в 30т.р.
Но сложилось немного иначе. (мне сделали предложение, от которого, сложно было отказаться)
По характеру я перфекционист, и без компромиссная сборка на PCM63P-k естественно меня заинтересовала.

На самом деле, история довольно интересная:
Любовь к любимой женщине, и желание устроить ей красивую свадьбу, заставило предыдущего владельца отказаться от любимого хобби и распродать все, что копилось ни один год.

Я приобрел набор плат и трансформаторов для самостоятельной сборки устройства.
Основной моей задачей, будет поиск или изготовление корпуса, размещение и последующее подключение плат между собой.

Блок питания

Силовой трансформатор на аналоговое питание (8 вторичек). Изготовлен вручную под заказ в Израиле

Разделенный выхлоп и ЦАП

Выхлоп

Работа, на самом деле не простая, от компоновки и монтажа, зависит довольно многое.

С корпусом, то же не все однозначно, не понятно, из чего же его лучше сделать, сталь или алюминий.
Готовый, будет стоить не меньше 10 т.р. и его в лбом случае придется дорабатывать.

Кроме, того, хотелось бы корпус из дерева. (надоели эти холодные, бездушные железяки)
Но не стоит забывать про экранирование, устройство должно быть в металлической оболочке для защиты от внешних помех.

Лучший вариант корпуса, пожалуй это фрезеровка ниш под элементы в толстом цельном куске алюминия. Но это сложно и дорого.

Нашел донора ящика, старую радиолу Radiotehnika Viktoria003. (ящик из шпонированой фанеры, в который вставляется шасси)
Решил сделать по тому же принципу, только шасси придется изготовить самостоятельно.

Начался поиск материалов.
Цветного ничего не нашлось, зато приметил в большинстве строительных магазинов огромный выбор перфорированных монтажных пластин из оцинкованной стали, толщиной 2мм.

Вроде бы не плохой вариант для шасси, сварка под рукой есть, напилю и сварю самостоятельно.
Переднюю, заднюю и верхнюю крышку закажу фрезеровку из толстого алюминия.

Процесс пошел, пару вечеров провозился с шасси, кое что уже начало вырисовываться.

Шасси, конечно будет страшновато на вид, но когда старательно и аккуратно делаешь что то своими руками — вкладвааешь в изделие душу…
Тем более, в законченном устройстве ничего лишнего видно не будет.

Поскольку корпус просторный, для универсальности решил встроить USB транспорт, можно будет подключить как к компу так и запустить от флэшки или внешнего HDD.
Форматы любые, предпочтение естественно Lossless.

04.12.12 — Собираю…
Решил не ждать недостающие опции, осуществить предварительную сборку, погреть, послушать.

Мне все еще не хватает:
Встроенного транспорта (для удобства и универсальности)
Примерно: 280$

Плат индикации и сетевого фильтра. (работают в паре (5 кнопок + кнопка сеть, функции переключение входов, режима ЦФ, разрядности если надо, приглушение, индикация ошибок.))

Функции платы сетевого фильтра:
Фильтрация постоянки в сети,
предохранители,
защита от высокого напряжения,
квазисенсорное включение питания 220 вольт, то есть питание включается слаботочной кнопкой без фиксации,
дежурный источник питания 12 вольт 0,25А,
схема управления реле в выхлопе (задержка при вклюении и моментальное отключение при выключении питания 220 (до разряда емкостей в основном бп и начала переходного процесса))

Подогнал временные панели, из 4мм композита (пластик покрытый с двух сторон 0.5-0.8 мм алюминием).

Прикупил множество специализированных резиночек для виброразвязки.
Для аппаратов подобного уровня, виброразвязка имеет значение. Из-за вибрации, многие элементы могут терять в ясности и упрощать звучание.
Похоже, что радиоэлементы в некоторой степени подвержены микрофонному и пьезо-эффекту…

Крепежные элементы трансформаторов.

Питание, развел самостоятельно свитым Kimber’ом. Считается, что чем плотнее, тем лучше.

Питание выхлопов.

Общий вид тыловой панели, пока только макет, над фрезерованной, еще надо подумать, есть некоторые нюансы.

12.12.12 Первое включение и первое впечатление
Поскольку, дома у меня пока тракт простоват, решил навестить отца и его домашнюю систему:
Акустика: Monitor Audio Gold Reference 20
Ламповый усилитель: PrimaLuna Prolog (КТ88)

Отец — приверженец винила и к моим экспериментам, как правило относится скептически.
Так же, он очень не охотно принимает мои предложения по улучшению его системы, не хочет вкладываться и считает, что все и так вполне не плохо. (Конечно, денег то много вбухал 🙂 )
Виниловый тракт, состоит из вертушки Pro-Ject 2-Xperience Classic и фонокорректора Pro-Ject Tube Box SE Black.

ЦАП, еще требует прогрева(минимум часов сто), звучание будет постепенно улучшаться, но уже сейчас, он не проиграл ни в чем, опередив по всем параметрам.

Кроме того, источник и его подключение, были не оптимальны, я использовал свой автомобильный твердотельный плеер qls550 по SPDIF.

Правда, в его в системе, то же далеко не все гладко, до ума еще не довели, многое зависит от ламп, они как музыкальные инструменты, настроены и звучат по своему.)

ЦАП, показал себя очень достойно, звучит насыщенно, с неслыханной детализацией и динамикой.

Теперь, предстоит довести до ума функционал и эстетику 🙂

Немного про само устройство:

Платы:
DAC6v2 — Сам ЦАП, с ЦФ.
PSU — блок питания.
BASv4.5 Peter Rogof — выходной каскад.
Разработаны, Сергеем, SergioT, за что ему огромная благодарность.

***
DAC6v2 был разработан как относительно недорогой, универсальный, а главное хорошо звучащий ЦАП.
Основой устройства являются давно снятые с производства и тем не менее великолепные микросхемы ЦАП — PCM63P-К.
Относительная простота конструкции, не сказалась на звуковых качествах изделия. Так,
снижение стоимости достигнуто благодаря использованию двухсторонней платы, отсутствию
ПЛИС, а также дефицитных деталей (не считая самих PCM63). При этом ЦАП имеет
гальваническую развязку цифровой и аналоговой частей, реклок всех сигналов управления м/с
ЦАП, встроенный низкоджитерный генератор.

Для универсальности плата не имеет выходного каскада т.е. преобразователя I-V и
ФНЧ, для удобства ее использования с ламповыми (лампово-трансформаторными) выходными
каскадами.
Такая конфигурация позволяет легко производить upgrade устройства путем замены
выходного каскада.

При работе с SPDIF. ЦАП обеспечивает светодиодную индикацию приема аудиоданных,
ошибок и предискажений (emphasis).

ЦАП содержит два входа – SPDIF и I2S.
SPDIF работает с развязывающим трансформатором и перепривязкой поступающих
данных к внутреннему мастер генератору с помощью ASRC AD1896 или SRC4192.
Выбор режимов ASRC производится с помощью установки джамперов на контактную
колодку XS2.

Вход I2S работает в формате RS485 c протоколом RJ 16bit c 48 или 64 тактами. При
работе по I2S DAC6v2 работает как мастер устройство, т.е. источник аудио данных по шине I2S
должен быть синхронизирован с ЦАПом. Для этого с ЦАПа на источник аудиоданных подается
тактовая частота (скважность близка к 50/50) 16,934МГц (384Fs) или 11,2896МГц (256Fs). При
работе I2S для уменьшения помех SPDIF приемник и ASRC переводятся в статический режим.

Для сопряжения с шиной I2S в формате RS485 в источник I2S может быть установлена
интерфейсная плата TRM 1 содержащая передатчик шины I2S и приемник MCLK в формате
RS485. Также указанный модуль содержит конвертор протокола Philips I2S (LJ, один холостой
такт) 48 или 64 такта в RJ 48 тактов, генератор с автоматическим детектором наличия
внешнего такта, схемой обнуления линии DATA по внешней команде (с ПКД) MUTE.

В DAC6v2 могут быть использованы цифровые фильтры DF1700P (SM5813APT) или
SM5842AP/APT.
Выбор режимов фильтров осуществляется при помощи XS3 (джамперы замыкают
контакты 1-2, 3-4 и т.д. на колодке типа IDC. На шелкографии изображена нумерация для
джамперов, а не для контактов).

Модуль ЦАП имеет все необходимые стабилизаторы питания, в т.ч. малошумящий для
аналогового питания ЦАП. Для питания необходимы два источника питания с напряжением +
12 вольт (100mA) и два – 12 вольт (100mA) для питания PCM63, два источника + 9 вольт с
током 250mA (цифровая часть) и 100 mA (реклок, развязка на аналоговой стороне) и +12 вольт
50mA – питание генератора. Все источники питания должны быть гальванически не связаны.

3.13 — Приехали недостающие платы.

Транспорт с OLED дисплеем обошелся в 300$
Платы сетевого фильтра и индикации, еще примерно в 200$

Пока ждал, решил немного перестроить крепления и расположение плат выходного каскада.

Кроме того, попросил Сергея продумать возможность сохранить внешний вход с преобразованием в RS485 и добавить еще один I2S вход, для встраиваемого транспорта.
Вдруг, в будущем, захочу подключить внешний транспорт.

Для этого, мне придется приподнять плату ЦАПа на пару см. и добавить еще одну плату TRM1.

Так же, сфазировал и дополнительно развязал первички всех трансформаторов ЭМИ фильтрами.
Добавил трансформатор и блок питания для транспорта(БП, спаял сам на монтажке).

Установил плату сетевого фильтра

Теперь жду инструкции по подключению второго I2S Входа.

UPD
Надо бы обновить тему.
Добавил 3 фотки последнего текущего состояния устройства.

Полный размер

www.drive2.ru

Поделки начинающего цапостроителя. Часть 16. В погоне за THD

Я хорошо помню свое босоногое радиолюбительсткое детство. Тогда не было этих ваших интернетов, зато были журналы «Юный техник», «Моделист-конструктор», «Радио».
Компоненты доставали на свалках, у барыг, иногда и в магазинах. Модельный ряд аудиотехники был не очень широк. Мои товарищи, кому посчастливилось иметь дома аппаратуру промышленного производства, мерялись страницами паспортов своих магнитофонов, усилителей и проигрывателей, где были указаны характеристики.
Волшебные слова «Уровень шумов», «КНИ», «Выходная мощность» будоражили наши умы и не давали спокойно спать. А аппарат из Японии – это было мощнейшее впечатление. Просто им обладать. Это было стильнее последней модели ойфона* сейчас для современной молодежи – однозначно.

* под этим термином я подразумеваю любое электронное устройство, удлинняющее, увеличивающее, а так же позволяющее почувствовать себя круче окружающих, или быть не хуже. Сорри, отвлекся.

Хотя встречал я детишек – своих ровесников – до сих пор ойфонами меряются. А у кого не было возможности купить – делали сами. И порой даже лучше, чем заводское. Естественно измерить параметры было невозможно, но сравнивали на слух, и радовались, как дети. Хотя что вспоминать? Детьми мы и были тогда!

Прошло время, возможностей прибавилось. Кто-то, воплотив мечту детства, наконец купил себе BMW, в лице АС от Martin Logan. А кто-то, как я, продолжает делать технику для себя своими руками. И дело не в том, что я не могу позволить себе Logan-ы, а в том, что сделать своими руками – это интереснее. Тут важен не результат, а процесс. А так купишь, поставишь, и будешь вытирать пыль раз в неделю. Времени то уже не так много, как в детстве. Тут бы иной раз до кровати доползти. О чем это я? Ах, да. Снова отвлекся!

Ну хорошо. Сделал. Запустил. На слух все хорошо. Но ведь надо и померить! А то ведь кто-то сразу показывает все ттх своей поделки, а тут и показать то нечего… А как померить?

Мощность усилителя – легко. Усиление тоже. А вот пресловутый уровень шума и коэффициент нелинейных искажений? Покупать для этого измеритель нелинейных искажений? Для одного измерения? Смысл? Тащить железку в лабораторию ? Так лабораторию еще найти надо. И что мерять? Как?
Есть нелинейные, есть гармонические искажения? Понятно, что эти понятия разные, а при оценке характеристик аудиотракта они, при малых значениях, будут примерно одинаковы. Но нужен не анализ, а количественное значение. Иностранцы в основном оперируют термином THD (Total Harmonic Distortion). Да и средства измерения в виде компьютера и программ под него измеряют именно этот параметр. В даташитах указывается он же. На форумах и в обзорах устройств снова он. Так что есть смысл оценивать именно этот параметр.

По моим наблюдениям, уже стало стандартом «de facto», использовать для домашних измерений программу RMAA.
Я давно начал подозревать, что «в консерватории что-то не так». Это было еще несколько лет назад. Creative Live меня уже разочаровал, и из АЦП осталась только встроенная звуковуха. И вот я решил провести измерения. Скачал RMAA, сделал шнуры, приготовился. И… Облом.

Результат измерения собственных параметров встроенного звука был настолько шедеврален, что я, рыдая и стуча головой об стол, только усилием воли не выбросил системник из окна.
Пожалел коллекцию ~~порно~~ музыки на дисках. -70Дб шума и THD в 0.25% по кольцу – это даже не hi-fi. Тот же самый результат дала коробочка на РСМ2906. Как с этим жить то?

Поэтому я забросил идею измерений. Купить внешнюю дорогую карточку, при наличии нескольких ЦАП, чтоб подивиться на циферки я никак не мог себя заставить. Поеть? Хорошо! Нравится? Прекрасно!
Но вот наконец и на моей улице перевернулась фура с пивом и чипсами! У моего товарища появилась внешняя карточка. Ну я и решил стряхнуть со шнуров пыль, и, ради интереса, все же померить то, что я накреативил за последнее время.

Вот этот девайс. Creative X-Fi THX. Судя по отзывам и описаниям – для измерения должна подойти.

Ну а теперь я попробую померить то, что у меня осталось в живых. Дело в том, что некоторую часть устройств, описанных в предыдущих частях моих статей, я либо раздал желающим, либо разобрал, либо каким-то образом доработал. В первую очередь похоронил все РСМ2704-2707. Одна осталась как тестовый источник SPDIF/I2S.
То же самое постигло и TDA1541, кроме одной, что в паре с SM5813 собирает пыль на полке. Скорее всего я не умею их готовить, но звук их мне не сильно нравится.

Тест №1

В тесте принимали участие цап, собранные мной в разное время, и частично те, что еще не собраны.
1. TDA1541 + SM5813+ выхлоп даташит на AD822 AD827 (ткнул что было, так и осталось)

2. PCM1702 + DF1706 + даташитный (РСМ1702) выхлоп на 4х (!) ОУ ОРА2604.
Здесь описан подобный, но на РСМ63. Отличается разводкой платы под другой ЦАП.

3. AD1865 + DF1706 + выхлоп на советских измерительных трансформаторах, вычурно покрашенных мной в черный цвет. Трансы эти есть вот здесь Еще не крашеные.

4. Один из последних. Дифференциальный ЦАП на 2х РСМ1700 + SM5842 + SRC4192+выхлоп даташит. На момент измерений он у меня лежал, размазанный по столу без корпуса.

Все ЦАП работали от источника SPDIF EDEL USB Audio interface по SPDIF. Режим измерения 16 бит 48 кгц. (выше не тянет ТДА1541)

Да, кстати! Среди вас нет кого-нибудь, кто знаком с разаработчиками этой звуковухи Creative? Если есть, пожалуйста, забейте им гвоздь в голову от моего имени, я гвоздь возмещу. Или руки по локоть тупой ножовкой? А?
Это ж каким надо быть гениальным, чтоб из аудиоустройства совсем выпилить частоту, кратную 44кгц??? Это ж как ходить без одной ноги? Сюрприз такой слегка неожиданный был для меня. Я понимаю, что у маркетолога смартфон и он через него слушает, но не так же уж совсем…

Ладно, будем мерять тем, что есть. Как работает программа, и как считает, я не знаю. Но что-то померялось. Я, с вашего позволения, буду по ходу дела комментировать то, что наколхозил.

Результат

Как видно, он вполне ожидаем. Для меня. Я думал будет сильно хуже. Графики интереснее.
АЧХ:

Тут видно непонятный спад у ТДА1541, и подъем у АД1865. Ну с АД1865 понятно, там на выходе трансформатор, и похоже где-то есть резонансная цепь. Или на входе или на выходе. По звуку все отлично.

Шум:

Здесь ярко виден горб на 50гц. Никак и ничем не убирается. ЦАП и комп на общей земле, в одной розетке , ноль отдельно, SPDIF развязан везде через трансформатор. Фильтры по правилам. Положение вилки в розетке на картину не влияет. Ухом не слышно. Странно…

Ну и THD+noise:

Тут видно, что шлейф гармоник лезет у ТДА1541, и чуть пониже у АД1865. Остальные неплохо. Что не так у 1541 – не могу сказать, выхлоп сделан по даташиту. Менять ОУ не стал, было желание просто измерить. Как я уже говорил – я не умею их готовить. А вот у АД1865 похоже дает о себе знать трансформатор. Так что его выбор и согласование с ЦАП и с ОУ– задача не простая даже на первый взгляд.

Ладно. Так как звуковуху я брал на время, надо попробовать другие варианты.
Надо проверить влияние источника и способа подачи цифры на результат измерений.

Тест №2

Теперь тестирую два устройства:
1.ЦАП на РСМ58 с выхлопом «рогов – дискрет», описанным здесь:

2. Последняя поделка на РСМ1700 в дифференциальном включении.

Оба аппарата собраны по одинаковой топологии, SRC4192 работает в режиме «output port master 256fs» , тактовая частота 24.576.000мгц для сетки, кратной 48кгц. SM5824 с половинной частотой (на полной работает со сбоями).

Использованы два источника цифрового сигнала: EDEL USB Audio interface и Phantom USB Interface на TAS1020. Режим 16*48 и 24*64.
Тут сразу вылез косяк измерилки от Creative:
Данные для 16*48.

И для 24*96.

Поразительная разница в уровне шумов. Оба ЦАП обогнали Creative по шумам.
Вот графики шумов:
16*48:

и 24*96:

я не думаю, что это связано с работой цап, там же SRC все усредняет, а вот АЦП у Creative на 24*96 явно работает в лучшем для него режиме, поэтому меньше отсебятины.

Зато THD неизменно, что и понятно.
16*48:

и 24*96:

Причину такого поведения РСМ58 здесь объяснить не сложно. Выхлоп «Рогов» на собран был на том, что есть, без подбора по h31, поэтому и звучание у него более «гармоничное».
Кстати его звучание мне нравится больше, чем РСМ1700 с даташитным выхлопом. Хотя по измерению последняя явно лучше.

Зато в этом случае ясно одно – источник цифрового сигнала на измерение влияния не оказывает. Я даже через ASIO прогнал. Не думаю, что разрешающей способности этой измерительной системы, равно как и самих моих ЦАП хватит, чтоб уловить разницув источниках, если вообще она есть.
На слух я ее не слышу.

Тест №3

Мне интересно было потыкать разные ОУ. И сравнить. Я понимаю, что с технической точки зрения это не правильно, что нужно подбирать
номиналы деталей, корректировать схему и плату под конкретный ОУ, но тут был чисто спортивный интерес.
Как на зло, под рукой не оказалось большого выбора одиночных ОУ, поэтому тест оказался не таким расширенным, как хотелось.

ЦАП тот же – РСМ1700.

В секции I/U были опробованы AD811 и LT1363 (их было больше 4х), в секции фильтра – OPA627, LME49990, LT1122.
THD:

Здесь картину испортила только LME49990, которая почему -то показала сильно завышенный уровень и гармоник, и нтермодуляционных искажений.
Я не утверждаю, что ей не место в фильтре, но похоже под нее надо уже более тщательно подбирать номиналы и обвязку. На досуге займусь, есл

datagor.ru

Поделки начинающего цапостроителя. Часть 15. Модульный ЦАП с пересинхронизацией

С момента начала изготовления своих «поделок» я иду вполне закономерным путём.
Самое простое, потом это простое дорабатывается, потом переделывается в более сложное.
Потом оказывается, что есть что-то более серьёзное и качественное.
И сразу хочется это «что-то» создать или повторить.
Естественное желание — чтобы знать, не по восторженным фразам, а лично убедиться, как оно: на вкус, цвет, слух.
Создаётся некое окружение, среда и принципы, с помощью которых я создаю своё новое устройство.
Это и компоновка, применяемые материалы, схемы и компоненты.
Все это дорабатывается, «допиливается», оттачивается и улучшается.
Но в какой-то момент понимаешь, что больше не видно и не слышно разницы между предыдущей и последующей «поделкой».
Что уже все, потолок, или некий плоский участок на графике, где по оси «Х» проходит время, а по оси «У» затраты + усилия + стоимость.
А ведь ещё столько неизведанных моментов.
Что можно сделать нового, при наличии компьютера как транспорта, и внешнего ЦАП, подключённого по SPDIF?
Вероятно, отказаться от SPDIF! Ведь, по сути, это одно из слабых звеньев в цепи передачи и декодирования цифровых данных.
Да, удобно, мобильно, просто в подключении.
Подключить коаксиальный кабель от входа ЦАП к плееру или к USB аудио интерфейсу, или просто к цифровому выходу компа.
Играет?
Поёт?
Пляшет?
Хорошо!
А сколько преобразований происходит при таком подключении?
Упаковать цифровой поток в один провод, передать без потерь и помех в ЦАП, распаковать и преобразовать этот поток в понятный для ЦАП формат I2S, не отпилив лишнего при этом и не добавив от себя. При отсутствии коррекции ошибок и буферизации. Да ещё и восстановить мастерклок корректно. А тут ещё и вездесущий джиттер под ногами путается!

Поэтому желательно «кормить» ЦАП цифрой более качественного вида, не прошедшей через такой долгий и трудный путь преобразований.
Для меня это долгое время было проблемой.
У меня нет CD плейера, комп намного удобнее, и это я не обсуждаю.
Лезть в комп в поисках I2S и привязывать к нему намертво ЦАП тоже не совсем правильное решение. Комп можно выкинуть, поменять, использовать несколько компов.
Неудобно. Да и слушаю я частенько 2-3 девайса параллельно, переключая их только селектором на предусилителе. Под настроение.

Сделаю небольшое отступление, чтобы пояснить, как я докатился до такого конструктива.
Я долгое время использовал SPDIF подключение.
Есть даже пара «хабов» на РСМ2707, внешний конвертер USB SPDIF Musiland Monitor USD01 с тремя выходами.
А вот из доступных источников мобильного I2S у меня долгое время был только чип РСМ2707, но алгоритм его работы мне не очень нравился, да и качество у него на уровне его цены.
Ещё один его минус — не работает параллельно SPDIF и I2S.
Позже я проводил ряд экспериментов с контроллером TAS1020 в составе устройства под названием Phantom I2S Interface.
Результат меня порадовал.
И даже сделал модуль с двумя и четырьмя портами I2S, работающих параллельно.
Подцепил пару конструкций.
Неплохо.
Но всё же максимально такой способ подключения задействован не был.
Хотелось сделать честный регистр пересинхронизации, и, о боже, тактирование эталонным клоком самого источника!
Это вообще заветная мечта.
Люди, делавшие подобные системы, и естественно их слушавшие, отзывались не только очень положительно, но и отказывались впоследствии от предыдущих своих систем без так называемого «реклока».
Но одно дело, когда у тебя CD плеер с возможностью внешнего такта, или, в крайнем случае, что-то наподобие «Via Tremor», прибитое намертво к компу.
У меня нет и не планируется ни того ни другого…

Полазив по профильным форумам, я наткнулся на упоминание интересного устройства — Edel USB to I2S/SPDIF interface.

Скачал даташит и понял — это ОНО!
То, что надо мне.
Правда, узнав цену, я несколько приуныл. Но потом, посчитав спускаемые ежемесячно в канализацию суммы, да подарки на многочисленные дни рождения, снял пыльный носок с ноги, наотмашь оглушил жабу, и пока она не очухалась, заказал-таки его!
Пока самолёт Швейцарской почты искал короткий путь до моего колхоза, я озадачился будущим конструктивом и функционалом.

Итак, техзадание такое:

Планируется работа от двух и более разных источников.
Один чистый мастер, второй master/slave.
Две сетки частот, кратных 44,1кГц и 48кГц, соответственно 2 генератора на частоты 24,576000МГц и 22,579200МГц.
Переключение генераторов в режиме мастер от источника, в режиме «slave» — тумблером.
Полная гальваническая развязка цифровой части схемы для работы от потенциально неизвестного компа.

Примерно так.
Для начала нужно было переделать БП.
Отвязать гальванически обмотку питания цифры от всего остального.
По земле.

Ничего сложного.
Даже размер платы не поменялся.
Только немного изменил трассировку и перемотал транс с теми же данными, что и были, только отделил средние точки обмоток и убрал «косу» сверху трансформатора.

Дозаказав недостающие части, стал думать про компоновку и трассировку будущего устройства.
В качестве ЦАП решил применить давно лежавшие у меня две штуки РСМ58.

А какой применить ЦФ?

У меня же формат на выходе источников — I2S, а все мои ЦФ, кроме DF1706, хотят на входе формат RJ, да ещё и тактовая для них великовата.
Но если с тактовой нет проблем, делим триггером её на два и все, то с форматом посложнее.
Сдвиговый регистр конечно можно, но какой формат слова будет в сигнале я не был точно уверен, делать сдвиг на 16 или 24 бита с переключением как-то корявенько, поэтому единственным решением стало применить интересную микросхему SRC4192.
Понятно, что задача её более серьёзна, чем просто конвертер формата, поэтому задействовать её надо на полную мощность.
К тому же это добавит универсальности самому устройству, можно работать с форматом до 192кГц.
Ну, а ЦФ?
Интересно попробовать и SM5842, SM5843 и DF1706.
Хотелось бы менять их без замены платы, но слишком много придётся городить коммутации.
Может сделать их сменными модулями?
Сигналы то на входе и выходе одинаковы!

В общем, пока я маялся дурью, приехал мой будущий источник Edel USB to I2S/SPDIF interface.

Рекламировать не буду, все есть в описании. Просто рекомендую и все. Из того, что не указано в описании, но важно — работает параллельно I2S/SPDIF — можно подключить ВСЕ что есть, параллельно. Поддерживает свой ASIO.

Драйвер малоинформативный, да и не важно. Ну и разъем интерфейсный под узкий шлейф, могли бы и стандартный шаг 2,54 сделать, места много…
Но эти мелочи незаметны под массой достоинств.

В общем, запихал источник в отдельный корпус.

На заднем плане уже обкатанный в работе Phantom I2S Interface.
Опыт соединения источника и ЦАП по патчкорду уже есть, поэтому с интерфейсом заминок не возникло.

Первый ~~блин~~ вариант ~~был комом~~ оказался не совсем удачным, но заработал нормально.

Нет, все прекрасно, все работает! Как и рассчитывалось.

Но без ошибок не обошлось.
Я упустил момент, что при работе ЦАП в режиме «slave», нужно переключать генераторы вручную, чтоб частота была некратной текущей частоте семплов от источника.
Говорят, будут проблемы.
Заранее говорю, работает и с кратной и с некратной частотой.
Но свербит же подсознательно то, что оно «неправильно».
Да и при играх со сменными платками ЦФ возникла идея: а почему бы не сделать сменными и сам ЦАП и выхлоп за ним?

Будет некий легко комбинируемый аппарат под разные варианты и сочетания!

Поэтому схема коммутации кварцев нуждается в доработке.
Всё-таки хочу в режиме ЦАП «slave» сделать асинхронную пересинхронизацию.
Детали позже, а пока схема окончательного варианта:

ЦФ применены разные

Для DF1706 сделана возможность работы, минуя SRC4192, так как она единственная понимает формат I2S.
Сделано это путём смешения входных пинов ниже по плате, что исключает путаницу при установке разных плат ЦФ.
SM5842 и SM5843 данные приходят после обработки SRC4192.

Также, так как сигнал MUTE у них инверсен относительно DF1706, на плате предусмотрен ключ на транзисторе.

На каждой плате установлен делитель мастерклока на два, с переключением джамперами, и само собой режимы ЦФ все выведены на джамперы, установлен отдельный стабилизатор питания.

Как оказалось в результате испытаний, кормить все ЦФ пришлось делённым мастерклоком, так что джамперы здесь можно не ставить.
Все узлы модуля также питаются от отдельных стабилизаторов, особенно в схеме регистра пересинхронизации — там вообще каждому узлу отдельно на блюдечке.

Так как на второй версии ЦАП РСМ58 не влезли на плату сменного модуля, то решено было сделать две версии плат — одну с несъёмными РСМ58, вторую со съёмными модулями ЦАП на РСМ63, РСМ1701, АД1862.

«Нужные» питания подключаются через отдельные штырьки.
Если какое-то питание не требуется, на плате модуля штырёк не разводится.

Самая «прожорливая» оказалась АД1862, ей прошлось отдать все четыре питания.

РСМ, в отличие от неё допускают соединения одноименных линий цифрового и аналогового питания, о чем прямо сказано в даташитах, так что тут попроще.

Версии выходных каскадовИ после долгого штудирования профильных форумов было решено попробовать разные версии выходных каскадов.
Гулять так гулять!
Естественно, первым идёт классический «даташит». Тут ничего нового, просто содрал со старой платы.
Добавил джампер отключения конденсатора в цепи ОС первого ОУ.
Чтоб можно было применить АD811, он не любит любого кондёра в цепи ОС.

datagor.ru

Простой ЦАП на AK4113 и AD1853

Ранее в процессе экспериментов с AD1853 было обнаружено несколько неприятных ее особенностей:

несимметричность модуляторов;
появление постоянки в 60-80 мВ на выходе выхлопа при отсутствии мастер клока,
субъективное ухудшение качества звука в форматах отличных от RJ24/16

Схема ЦАП на AK4113 и AD1853

В итоге мной была предложена следующая схема:

Проблема с постоянкой в 60-80 мВ на выходе при отсутствии мастер клока с AD1853 была решена путем установки кварца (24.576Mhz) в цифроприемнике. А сама AK4113 сконфигурирована так, чтобы при отсутсвиии входного сигнала или ошибке переключаться на тактование от кварца. Таким образом на AD1853 всегда присутвуем мастер клок. Кроме этого кварц нужен для определения частоты дискртеизации и управления кратностью AD1853. Для компенсации постоянной составляющей в самом выхлопе были добавлены резисторы в 80-100кОм с «-» выхода цап на землю.

Схема питания ЦАПа на AK4113 и AD1853

Блок питания ЦАПа требует 4 гальванически не связанных источника переменного напряжения: 2х9Вх0,1А и 2х15Вх0,3А. (4 обмотки на трансформаторе.) В выпрямителе применён LC фильтр для уменьшения помех, проникающих из сети.

Цифровая часть AD1853 питается от стабилизатора на базе LM1117, непосредственно для шутирование питания цифры AD1853 я применил электролит с нетипичной большой емкостью. Все дело в том, что ток потребления цифровой части AD1853 довольно сильно модулирован частотой дискретизации, поэтому применение большой емкости с низким ESR оказалось весьма уместно. Стоит отметить, что была выбрана версия с регулируемым выходным напряжением т.к. в этом случае можно применить добавочную емкость в цепи регулировки, что позволяет снизить уровень шума стабилизатора и обеспечить лучшую его устойчивость при работе с большой емкостью на выходе.

Питание аналоговой части AD1853 выполнено на классической схеме ИОН-ФШ-ОУ, что позволяет получить предсказуемо отличный результат без лишних затратах на дорогостоящие низко шумящие стабилизаторы. От аналогового питания AD1853 так же питается цепь формирования напряжения смещения преобразователя ток-напряжение. Оптимальное напряжение для работы модуляторов AD1853 — 2,75В. При этом напряжении минимальны искажения в выходном сигнале.

Питание выхлопа выполнено также по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ. На выходе стабилизаторов применены шунтирующие конденсаторы большой емкости 3300мкФ. Для обеспечения устойчивости их выходы отделены от этих конденсаторов защитными резисторами небольшого номинала в 0.68Ом.

Печатная плата

Вид печатной платы со стороны SMD элементов.

Изготовление платы возможно с помощью ЛУТ. Так как плата выполнена со стороны SMD элементов не забываем отзаркалить ее. Изготовить плату можно как двустороннем исполнении, так и в односторонннем варианте, сделав верхнюю сторону полностью земляной, а дорожки слоя выполнить перемычками. Во вложении к статье доступна для скачивания плата в Sprint-Layout 6.

Прослушивание и выводы

Субъективное звучание ЦАПа оказалось очень приятным, с отличной детальностью и прекрасным басом. ЦАП с переиграл твикнутый ASUS XONAR ONE, показав большую детальность и легкость подачи любого материала. При прослушивании оба устройства подключались по коаксиалу к USB модулю WaveIO.

В сравнении с ЦАПом на базе AK4399 этот ЦАП уступил первому по натуральности построения сцены и в общей детальности. Но в данном случае сравнение некорректно, т.к. не учитывался совершенно разный подход в организации транспорта этих устройств.

Цифроприемник AK4113 показал себя с хорошей стороны. Субъективно показал заметное преимущество над DIR9001. Его связку с AD1853 считаю прекрасным выбором.

Результаты изменений

Измерения проводились с помощью доработанной звуковой карты Asus Xonap ST (к сожалению, более качественного измерительного стенда у меня нет).

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 44.1кГц)

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 48кГц)

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 96кГц)

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 192кГц)

Фотографии собранного ЦАПа: