Dac своими руками схема – ЦАП перфекциониста (часть III) « РадиоГазета — принципиальные схемы для радиолюбителей и меломанов

Содержание

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:

  1. несимметричность модуляторов;
  2. появление постоянки в 60-80 мВ на выходе выхлопа при отсутствии мастер клока,
  3. 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

High-end DAC за US$ 50 — возможно ли это?

 

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:

  1. часть монтажа выполнена паутинкой на «слепышах», а не на печати, что положительно отражается на качестве звука, но, увы, не будет доступно в серийных образцах;
  2. я не экономлю на мелочах типа сетевого фильтра или шунтирующих ёмкостей, в чём, кстати, не раз доводилось уличать всеми признанные авторитеты;
  3. «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

Поделки начинающего цапостроителя. Часть 17. Универсальный ЦАП на три источника на базе пары PCM1794

Универсальный ЦАП на три источника на базе пары PCM1794.

Когда берешься за изготовление очередного устройства, всегда задаешься вопросом – где и как оно планируется к использованию?
Как то я притащился на дачу, в надежде вечерком раскачать мои старые АС, и при этом не слышать витиеватых высказываний соседей в свой адрес, но планы мои были порушены в корне. В пылу сборов я не заметил, что ЦАП то я с собой взял, но без шнура I2S. Зато на компе имелся выход SPDIF, был даже шнур SPDIF, но у ЦАП не было такого входа.

Сетевое оборудование конструкцией не было предусмотрено, поэтому даже старенького патчкорда не нашлось… Ну что за идиотизм, подумалось мне? Сам же создал это чудище, и сам не могу его использовать в любом месте! Надо подумать над созданием чего-то универсального по входам и выходам.
Первый мой удачный проект был логическим продолжением описанного на Датагоре ЦАПа на PCM58 и PCM63.
Даже большая часть узлов и кусков разводки платы была перенесена в новое железо.

Я как то уже пробовал делать пару входов на один ЦАП – I2S и SPDIF. Но там имелся ряд ограничений.
Ресивер DIR9001 не позволял работать от SPDIF с форматом выше 24х96, и то, спотыкаясь через раз.
Хотелось бы расширить диапазон используемых форматов.

К тому же, давно и продуктивно, у меня на полке пылились несколько моих ранних «поделок», одну из которых было решено разобрать и пустить в дело.

Техническое задание было простое, как табурет:

1. Поддержка входных форматов до 24 бит 192 кГц, включительно.
2. Работа с источниками SPDIF, I2S.
3. При работе от источника I2S была возможность тактирования от внешнего и от внутреннего тактового генератора.
4. Простота коммутации входов.
5. Опционально – индикация частоты семплов.

От последнего пункта в процессе работы пришлось отказаться по ряду причин.
Сама по себе процедура индикации довольно проста, достаточно измерять частоту сигнала LRCK и выводить это на дисплей.
Но… надо дисплей, контроллер или частотомер на контроллере, отдельное питание для всего этого, возможно еще и экранирование и борьба с лишними шумами, которых и так хватает…
В общем, оно вроде как хочется, но особо и не надо.

Результат меня вполне устроил, но, к сожалению, в процессе работы я мало уделял внимание документированию всех своих шагов, схему не рисовал, поэтому описать это устройство я смогу только на словах.

Схема

Но зато вторую версию я уже делал сознательно. Захотелось поэкспериментировать с разными ЦАП, но уже Delta-sigma архитектуры. Давно лежащая без применения на полке пара «старых» дельт добавляла оптимизма. Все-таки интересно, что получится.

Архитектура железки выбиралась на ходу, отсекалось лишнее, добавлялось новое.
Итак. Планируется три входа, точнее четыре.

С выходов мультиплексоров сигналы поступают на вход ресемплера SRC4192. Это нужно, чтоб получить поддержку форматов до 24 бит 192 кГц при использовании ЦАП, не имеющих таковой или требующих ее принудительного включения.
Некоторый начальный опыт работы с ним я имею, поэтому ставлю не думая. После ресемплера сигнал поступает на ЦАП, причем, так как планируется использование PCM1794А в моно режиме, то на каждый канал сигналы дублируются.
ЦАП установлены на съемном модуле, чтоб можно было менять модуль с другим ЦАП за короткое время.

Выхлоп также съемный, можно использовать разные варианты. На плате размещены тактовые генераторы для MCLK. В процессе разводки платы добавлен делитель частоты отдельно для SRC и ЦАП.
Как оказалось, не зря.

Схема основной платы выше, а вот схема модуля SPDIF.

В качестве приемника применен AK4113. Причины его выбора вполне логичны.
Он был у меня. У него поддержка 24х192.

Далее модули I2S:

В обычном I2S модуле я применил IL715. Она по цоколевке такая же как Adum1400, но менее подвержена помехам на длинном патчкорде. Я не знаю, с чем это связано, но что IL715 оказалась стабильнее Adum14хх – факт.
Сервисные сигналы от источника и к источнику изначально планировались как на схеме.

Adum1401C имеет четыре канала: три в одну сторону, один в другую. Грубо говоря, три входа и один выход.
Выход используется для передачи клока на источник из ЦАП, но так как по этому же интерфейсу надо передавать клок и от источника в режиме «slave», то одного канала не хватает, поэтому для передачи самого низкочастотного сигнала LRCK использован один канал Adum1400A, которая может передавать данные от DC до 1 мГц.
Вообще сервисные сигналы проще передавать через оптопары, там статика кругом, но так как у меня были уже Adum1400А – я их и запихал…

Вообще то, история появления у меня развязок Adum1400 с индексом А довольно тривиальна. Мне ж было лень читать даташит.
Я ж на картинку поглядел. И на ценник. Индекс «А» – сильно дешевле. Ну я и пожадничал…
А когда уже заказал, то червячок сомнений начал меня покусывать. Глянул ТТХ – и понял, что сам себя наказал… Кроме LRCK я ничего через них не протащу. Так и оказалось…

Но зато нашлось им применение как передатчики логического уровня.

«Внешняя» сторона развязок запитана от малогабаритного DC\DC конвертера F0505M-1W фирмы Mornsun. Удобная вещь. Вот они, черные «кирпичики» на платах.

А вот вид снизу.

Тут справа видно «сопли», которые я ваял уже после сборки. История такова, что от Adum1401 в результате пришлось отказаться.
Или из-за брака, или из-за моих кривых рук, у них нестабильно работал канал передачи MCLK на выход. То есть на вход все отлично, а на выход через раз и то после прогрева через несколько минут.
В результате пришлось переделывать ПП и ставить на выход отдельную Adum1100.
Но это еще не все.
Я говорил выше, что один из сигналов, сигнал LRCK, у меня был заведен через развязку с индексом А. Так вот, схема оказалась неработоспособна выше 24Ч96.
Треск, выпадения и прочее.

Грешил на  «полуживую» Adum1401C, запаял вместо нее проверенную IL715 – такая же история! Осцилл кажет сигнал, а ЦАП не поеть!
Но у меня в IL715 остался неиспользованный канал, и пришлось LRCK переносить на него.
Тогда все запело. Разводку исправил, но плату переделывать не стал. Видимо задержки переключения у разных индексов Adum разные, поэтому и шли сбои.

Модули крепятся на основную плату с помощью стоек. Тут важна прочность, чтоб от передергивания входных разъемов не погнуть штыри.

Снизу, под платой, размещены мультиплексоры sn74lvc1g125.

Они удобны тем, что разводка платы сильно упрощается. На каждую линию данных отдельный корпус.
Я представил себе, как бы я разводил плату под 74АС125 – ужас…

Выбранный мультиплексором цифровой поток идет на ресемплер SRC4192.
Эта штучка интересна тем, что ей все пофиг. Да, формулировка именно такая. Она подорвала мои представления о принципах работы ЦАП.

Она способна работать с тактовой частотой до 50 мгц (реально пробовал на 40), причем никак не кратной сетке 44000 или 48000.
Отконфигурировав ее выходной порт как мастер, ее можно кормить любым форматом данных вплоть до 24х192, при этом сетка на выходе будет неизменна и кратна тактовой частоте самой SRC! :yes: Естественно при этом сам ЦАП надо тактировать той же частотой, что и SRC или кратной ей.

Например, вот измеренные значения клоков для двух режимов, на вскидку:
Выходной порт мастер*256 fs
MCLK- 24.576 МГц
BCK – 6.144 Мгц
LRCK – 96.000 КГц
А вот для некратной сетки:
Выходной порт мастер*512 fs
MCLK/2 – 20.000 Мгц (используется делитель)
BCK – 5.000 Мгц
LRCK – 78.152 Кгц
То есть никак не пересекается с известными нам частотами семплов! ЦАП при этом работает как обычно. Вообще режимов там много и вариантов конфигураций тоже.

Если заглянуть в даташит любого ресивера, то можно обратить внимание, что от формата входных данных зависит тактовая частота, которую восстанавливает ресивер.
И если для 44.1 и 48 кгц при одинаковых настройках ресивера будет нормальная частота, например 22579200 Гц и 24576000 Гц, то для 176.2 и 192кГц мастеклока будет явно не хватать! Выход тут такой – или менять настройку PLL ресвера в зависимости от входного потока или… откзаться от MCLK вообще при работе от SPDIF!
Что в принципе я и сделал.
Если включить режим «SPDIF» на селекторе, то схема принудительно подключит генератор «не кратной” частоты.
А линию MCLK от AK4113 можно смело отрезать – она не нужна…

Если кто-то считает, что применение ресемплера портит звук – то может быть, спорить не буду. Я не заметил. Да и применяется он в изделиях далеко не последних фирм на рынке.

Распределением сеток частот рулит схема на рассыпной логике. Там применяются в разных сочетаниях sn74lvc1g125, sn74lvc1g126 и sn74lvc1g04.
125 от 126 отличается только уровнем сигнала разрешения работы, то есть 0 или 1. 04 – обычный инвертор, аналог 74АС04, но один на корпус.

Логика занята тем, что включает нужный генератор при работе от разных источников, меняет сетку частот по команде источника или селектора. В общем ПЛИС я пока не освоил – накидал на рассыпухе… Колхоз конечно – зато работает.

Между SRC и модулем ЦАП стоит защелка на 74AC573. Так как реклока тут нет, а выходы SRC4192 довольно слабенькие (сам проверил ценой одной штуки), то защелка является просто буфером…

Модуль ЦАП

Две штуки PCM1794A, включенные в моно режим.

Джамперы возле входных ОУ отключают конденсаторы в цепи ОС, чтоб можно было воткнуть ОУ с ТОС, например AD811, который не терпит никакой емкости в таком включении.

А вот сюда оно устанавливается.

Снизу, для экономии места, размещены стабилизаторы питания цифровой и аналоговой частей ЦАП, а также соединение цифровых и аналоговых земель через бусинку – тут их даже две! Для цифровой части ЦАП имеется выбор напряжения питания 3.3В и 5В, потому-то, как оказалось, у PCM1794 оно 3.3В, а, например, у AD1955 уже 5В…

Вот так оно выглядит, когда все установлено.

Слева на плате стабилизаторы питания ЦАП, индикатора, и контрольного усилителя для наушников.
Усилитель для наушников я не переделывал, тупо скопипастил с предыдущей версии.
Тот же BUF634+ОУ по даташиту. Ток 30 мА.

Индикация

Это просто опция, красивая игрушка. Так как функционал у нее вторичный.
В разобранном ЦАП стояли стрелочники, но как они работали, мне не нравилось.
А LB1412 кончились на предыдущей железке, и ждать, пока приедут другие – это возможно обречь новый ЦАП на длительное лежание на полке, откуда я его только что достал.
Обидно, досадно, поэтому прикрутим стрелки.
Как выяснилось, нормальных „показометров“ нет. К157ДА1 был плодом отечественной промышленности, и аналогов не имеет.
Интересно, что в импортных каталогах отсутствует полноценный драйвер для стрелочных индикаторов. Не ищите, „полноценного“, нормального, с логарифмической зависимостью нет. Если не использовать дефицитные логарифмические ОУ от AD.
Но это будет покруче К157ДА1.

И да. У меня есть К157ДА1. Но моя неспокойная жизнь научила меня тому, что компоненты „сделанные в СССР“ могут внезапно, случайно, беспричинно, скоропостижно прекратить работать. Это конечно не касается электровакуумных приборов для обороны и космоса. Но не более того. Все остальное, включая К157ДА1, может однажды утром просто не включиться.
Да, так было… Не раз… И не два.
Этот печальный факт мне даже когда то давал возможность безбедной жизни…
Но себе, и для себя?

Был рассмотрен оригинальный вариант показометра на контроллере от еще один max , я даже сбегал в местную „мечту телемастера“ за контроллерами, но неуверенный ответ продавца „кончились и когда будут не ясно“, на корню похоронил эту идею…

Поэтому я озадачился поиском нормальной схемы детектора. Ну как обычно. Ничего и нигде… Вполне ожидаемо…
Случайно была найдена схема, которая оказалось действительно хороша, разве что у меня не нашлось ни одного германиевого диода, пришлось ткнуть кремний, но и это оказалось очень хорошо. Схема зарисована внутри основной схемы.
Плата тоже получилась простой.

Этот «бутерброд» крепится на лицевую панель изнутри. Сверху показометр, снизу светодиоды режимов работы.

Когда все собрано в кучу, можно провести запуск, и немного послушать.

В принципе проблем с запуском не возникло, за исключением описанных выше проблем с развязками. Главное правильно выставить все режимы работы микросхем.

PCM1794 вообще дубовый автомат. Кушает, нет, жрет все, что ни дадут.
Причем что кормить ее полным клоком, что половинным, без разницы. На слух одинаково!
Но! Я же не зря делал модуль ЦАП съемным.
Давно у меня лежат парочка AD1955. Еще с тех времен, как я не наигрался с 

datagor.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, если измерилку не отберут.

Ну и в заключении литр бальзама для любителей и профессионалов.
Встречайте! Дельта и сигма! Лед и пламень! Жесть и пластик!
Это мои первенцы.
SPDIF. Там ничего другого и нет.
24 бита, 96 кгц.

1. АК4113 + 2*РСМ1794А в моно режиме.
2. АК4113 + АК4396.
Выхлоп везде – даташит. Усилен буфером на BUF634 c током покоя 30мА.

Тут, кроме небольших дефектов монтажа и разводки, даже комментировать нечего….
АЧХ:

Шум:

THD:

Повышенный IMD у АК4396 я думаю обусловлен работой суммирующего ОУ, режим и обвязку которого нужно подбирать более тщательно. Тип ОУ не помню, корпус было вскрывать лень.
И так как они у меня не в работе, а на полке – то не знаю, займусь ли когда, или быстрее пересоберу в другом качестве.

Какие выводы для себя я сделал по этим результатам?

Я давно для себя выработал термин «комфортное звучание». Если я считал когда то, что чем ниже THD, тем оно комфортнее – нет. Прямо противоположно. Может у других и не так. Этим же наверное можно объяснить любовь людей к лампам в усилителях. Лампы добавляют в сигнал свои гармоники, причем низких порядков, как более слышимые, тем самым гармонизируют звук.
Сам я пересел на камни в усилках, излишняя “гармонизация” в сравнении с камнями в моих глазах проиграла.
Истина все равно где-то рядом.

Итого:

1. До монстров цапостроения мне еще сильно далеко шагать.

2. На качество звука ЦАП сильнее всего влияет аналоговая часть. Так как ток на выходе Дельта-Сигмы больше, чем в Мультбитном ЦАП, то режим работы ОУ в каскаде преобразователя ток/напряжение будет другим, шумов и наводок меньше. Тип ОУ тоже важен, но с этим еще надо разбираться.

3. Питание и разводка. От этого зависит шум и прочее. Хотя на слух все прекрасно. По личному наблюдению, если не имеешь дома безэховой камеры, то этот параметр не так важен. Летом, через приоткрытое окно, я слышу шум и крики детей с улицы, хотя сижу в наушниках.
О каком шуме -90Дб можно говорить?
Если засунуть ухо в пищалку в паузе и выкрутить громкость на максимум – слышно легкий шум. Фона 50/100Гц нет. Энергосберегайки, компы, дешевые DVD, WI-FI, GPRS, GPS и прочее S никто уже не отменит, или в поле, где до ближайшей ЛЭП 5-10км. Но это для отъявленных…

4. Низкий THD у дельт – некомфортное звучание. Ну не могу я себя заставить ее слушать, если параллельно с ней работает РСМ58, и переключить два ЦАП – это один щелчок селектора на преде. Не переключаю.

5. Если нужно THD как в даташите – лучше купить готовое у гуру или у известного производителя. Приготовить самому цифру с несколькими нулями довольно сложно, а иногда в домашних условиях и невозможно, если у вас нет в подвале линии по производству многослойных ПП, или сосед этим не занимается чисто случайно. Если не нужно, делайте сами – это интересно!

Для тех, кому интересно, что там за ЦАП на РСМ1700

Схема аналогична ЦАП на РСМ58. Добавлена возможность работы от четырех входов. SPDIF coax , SPDIF optical , I2S , I2S master/slave для работы с EDEL. Мултиплексирование входов на SN74LVC1G125. Полная проверенная поддержка 24*192.
Полная гальваническая развязка I2S входов через ADuM1400 и IL715. SPDIF ресивер АК4113. Так как АК4113 не может регенерить клок выше 128fs в режиме 192кгц, его клок не используется, а данные проходят отработку в SRC4192 с внешним клоком от TCXO на 40.000мГц.
Реклок на три частоты – синхронный на 24.576000мГц, 22.579400мГц и асинхронный на 40.000000мГц.
РСМ1700 включены дифференциально,

datagor.ru

USB DAC — СХЕМА ЦАП


   Вот электрическая схема самодельного цифроаналогового преобразователя, которая использует микросхему PCM2707 — готовый модуль USB DAC. Он определяется как USB Audio Class 1.0 устройство и не требует каких-либо особых драйверов.

   Схема изготовлена по даташиту, только добавлено пару индикаторных светодиодов, чтобы было видно когда устройство выключено и подключено к компьютеру. Ещё поставили дроссель на USB 5V линии, чтобы подавить любой высокочастотный шум, теоретически способный просочиться по питанию DAC. 

   При монтаже ЦАП старайтесь использовать радиодетали для поверхностного монтажа. Большинство пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы, ферритовые кольца) типоразмера 0805.

   На микросхеме PCM2707 имеется возможность задействовать кнопки управления громкости, воспроизведения, паузы и пропуска песни на компьютере, к которой блок присоединен. В данном варианте не планируется использовать эти функции, но добавлены контактные штыри на случай, если задействуем чего-то в будущем.

   А это вид собранной печатной платы декодера USB DAC, которая сразу же заработала при первом подключении. В данном случае используются наушники для прослушивания музыки, но можно подключить любой самодельный усилитель.

Поделитесь полезными схемами




БЛОК ПИТАНИЯ НА 5А

   Простой регулируемый источник питающего напряжения различных схем и устройств, с предельным током до 5 ампер.


СИРЕНА ИЗ ПОЛИЦЕЙСКОГО АВТОМОБИЛЯ

    Корпус сирен — металлический, на передней панели можно увидеть переключатель крякалки, громкость, также кнопку активации сигнала. На задней части виден разъём питания и колокола, а также отсек предохранителя.


ПОДСТАВКА ДЛЯ НОУТБУКА СВОИМИ РУКАМИ
     Владельцам нотубуков и нетбуков посвящается эта статья. Хронический перегрев процессора — основной недостаток ноутбуков, из-за этого резко снижается производительность компьютера, а иногда это приводит к отказу работ некоторых программ или же ноутбука в целом.

samodelnie.ru

Аудио ЦАП AK4495seq своими руками

Сегодня будет рассказ о сборке интересного аудиоустройства.

Технические характеристики:
Диапазон воспроизводимых частот 20Гц — 20кГц. — зависит от частоты дискретизации воспроизводимого файла.
Уровень собственных шумов -110дБ
Динамический диапазон 110 дБ
Коэффициент гармонических искажений 0.0004%
Взаимное проникновение каналов -105дБ
Интермодуляционные искажения 0,0017%

Сегодня я готов рассказать о том, как я собираю цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Тот, о котором дальше пойдет речь уже третий по счету. Первый — был для меня настоящим вызовом. Я даже сам не представлял как я справлюсь с такой задачей. Теперь же спустя несколько лет, я уже не вижу в этом особых сложностей. Поэтому, если кто-то еще так же как и я вдохновляется хорошей музыкой и кому хочется самому собрать для себя цап наивысшего качества по вполне бюджетной цене — присаживайтесь по-удобнее.

Первый в своей жизни ЦАП на микросхеме AK4495seq я собрал для своего друга, т.к. он не мог найти достойного качества по разумной цене. С тех пор все цапы я собираю на этой микросхеме. Мы вместе выбирали и сравнивали разные готовые модели цапов в интернет-магазинах и в итоге поняли, что требуемое качество совершенно не подходит по цене. В итоге было решено попробовать собрать цап самостоятельно. В итоге цапом остались довольны.

Первый вопрос, который меня волновал, это то, что понадобится какой-то драйвер для usb под windows. Написать его самостоятельно я точно не смогу. Изучив тему, я понял, что и не придется. Cегодня на рынке топовых решений существует два варианты — это относительно дешевые usb интерфейсы на микросхеме XMOS U8 и прямой его конкурент с чуть лучшими характеристиками Amanero. Для этих плат уже есть драйверы, написанные разработчиками. Для Mac OS и Linux драйверы и вовсе не нужны. Платы конвертируют сигнал от шины usb в шину I2S, по которой принимают данные все современные цапы. Все, что требуется, это соединить его по шине I2S проводами к соответствующим пинам. Обычно они подписаны на плате. Оба интерфейса 32 битные и поддерживают частоты дискретизации вплоть до фантастических 384кГц. Также они поддерживают воспроизведение DSD файлов. XMOS u8 до DSD256, а Amanero до DSD512. Музыку в таком качестве мне удалось найти всего лишь на одном сайте. И это в основном классика. Около 20 композиций на сегодняшний день.

Небольшое отступление в теорию.

Сразу хочу объяснить для чего такие заоблачные характеристики. Многие подумают, что и 44.1кГц, которые поддерживают все устройства сегодня, вполне достаточно. Обычно такие люди сразу вспоминают теорему Найквиста-Котельникова. Забывая при этом, что она сформулирована для непрерывных гармонических сигналов, которыми музыка не является. Суть теоремы состоит в том, что непрерывный сигнал с ограниченным спектром можно абсолютно точно представить набором его отдельных значений («отсчетов»), следующих с равными интервалами, при условии, что частота следования этих отсчетов, как минимум, вдвое превышает верхнюю границу спектра указанного сигнала.

То есть для цифрового представления максимальной частоты, слышимой человеком (20 кГц), нам понадобится частота дискретизации в два раза больше — 40 кГц. Для наглядности приведу фото. Но возьмем частоту не в двое, а в 4 раза меньше частоты дискретизации — 11025 кГц. Такую частоту совершенно точно слышат все люди, а не только летучие мыши. Вот так примерно выглядит аналоговый непрерывный синусоидальный сигнал с частотой в 11,025кГц на экране осциллографа

А вот так выглядит его цифровое представление при частоте дискретизации 44100 Гц:

Как видно, сохраняется только частота сигнала, но никак не его форма. Что не удивительно, т.к. на один период сигнала приходится всего 4 отчета. И это еще если частота сигнала кратна частоте дискретизации. А если взять не кратную, например 10 кГц ровно, то получится, что отчеты уже не будут приходиться на максимумы и минимумы нашего исходного сигнала и картина изменится:

Как можно заметить, изменяется даже амплитуду сигнала.

А вот так выглядит тот же сигнал в 11025Гц, представленный в цифровом виде с частотой дискретизации 192кГц:

Уже гораздо больше похоже на оригинал, т.к. отчетов на один период выходит 18 и сигнал описывается точнее. Я считаю, что этого вполне достаточно. Конечно данную проблему можно с успехом решить различного рода фильтрами и апсэмплингом, что и делается сегодня, и благодаря чему дискретизации с частотой 44100 Гц достаточно абсолютному большенству. Но этой теме можно посвятить отдельную научную статью. Надеюсь, теперь отпадет вопрос в необходимости частот дискретизации 96 кГц и192 кГц.

После небольшого отступления возвращаемся обратно.
Сейчас же я собираю цап уже для себя.

Свой выбор usb интерфейса я остановил на Amanero, т.к. до этого делал на микросхеме XMOS U8, а теперь хотел узнать про второй.

Вопрос выбора микросхемы цап был решен уже тогда, когда я собирал первый вариант для своего школьного друга. Это все та же AK4495seq. Это 32 битный чип (вместе с amanero получается полностью 32 битное устройство). Максимальная частота дискретизации еще более впечатляет — 768кГц. Поддерживает воспроизведение DSD файлов 2.8МГц 5.6МГц (DSD64 и DSD128) в режиме native, без конвертации в PCM формат.

Также после микросхемы цапа должен стоять буферный усилитель выполненный по схеме активного фильтра нижних частот, для эффективной фильтрации воспроизводимого диапазона. Рекомендуемая его схема уже представлена в datasheet к цапу и выглядит следующим образом:

На каждый канал требуется по 3 монофогических операционных усилителя NJM5534D. Такое решение позволяет достичь заявленных производителем характеристик готового цапа.

Мне удалось найти печатную плату, выполненную по такой схеме и набор подобранных радиоэлементов к ней. Это сильно упрощает задачу.

Я предпочитаю всегда брать не собранные варианты, т.к. качество китайской пайки зачастую низкое, а также я получаю большее удовольствие от сборки, когда паяю сам. К тому же это позволяет еще и сэкономить, т.к. не собранные платы еще и дешевле.

Вот, к примеру, как должен вытекать припой на обратную сторону платы по ножке радиоэлемента, чтобы можно было говорить о качественной пайке, также при правильно подобранной температуре жала паяльника, пайка получается блестящей. Обязательно следует отмывать платы от флюса, даже если на нем написано, что этого допускается не делать.

Заранее я прикидывал компоновку плат в корпусе, не без помощи, конечно.

На фото можно заметить уже собранный усилитель для наушников, который я хотел установить в корпус цапа, но кошак сказала, что так делают только оч маленькие дети и все равно он не помещается.

Ну что ж, кошак дело говорит. Решено было сделать так:

На фото стабилизатор двуполярного питания на LM317 LM337 + TL431 с возможностью регулировки выходного напряжения подмтроечными резисторами для положительного и отрицателного плеча, ниже плата цапа и нч-фильтра, usb интерфейс Amanero, 2 трансформатора отдельно для аналоговой и цифровой схемы, рядом с которыми фильтр от электромагнитных помех в питающей сети. Питание цапа реализовано на самой плате.

К моменту фотографии уже был сделан тестовый запуск.

Все платы были закреплены на стойки к металлическому дну, толщина которого позволила нарезать резьбу и закрепить платы без гаек заподлицо.

Итого 28 отверстий с резьбой, включая 4 отверстия для крепления ножек. Еще 2 сзади под тюльпаны и одно квадратное для usb разъема. Провозился целый день.

Весь следующий день я занимался соединением плат и прокладыванием проводов внутри корпуса. Вот, что у меня вышло:

Кнопка при включении загорается белым.

Многие бы на этом остановились, и считали бы процесс завершенным. В комментариях бы начали задавать вопросы по поводу звучания и началась бы аудиофилия чистой воды. Поэтому я считаю, что все посты про сборку усилителей, цапов и прочей аудиотехники должны заканчиваться реальными замерами характеристик с предоставлением всех графиков для объективной оценки качества двух устройств между собой. Чтобы можно было сказать, что, да это устройство лучше, а это хуже. Я крайне не приемлю словесное описание звука. Никакая теплота и воздушность не подходит. Что вот это значит вообще? Как можно судить, что это устройство выдает более теплый звук, а это мене. Я не филолог и не лингвист, я инженер. Я окончил факультет радиотехники и электроники и для меня понятны сухие цифры и графики. Никакая эмоциональная составляющая не должна влиять на оценку качества устройства. Как бы Вы не были рады и горды собой, когда собственными руками собрали свой усилитель, вы должны задать себе всего один вопрос, который я постоянно себе задаю «А не херню ли я собрал?». Как доказать, что устройство действительно хорошее? Только измерениями фактических характеристик. Поэтому дальше я прилагаю графики, сделанные с помощью программы RightMark Audio Analyzer (RMAA 6.4.2) и аудио интерфейса E-MU Tracker Pre.

График АЧХ:

Из графика видно, что полоса пропускания абсолютно ровная и ограничивается 20 кГц. Заметна небольшая разница между левым и правым каналом. Согласно измерениям, она составляет не более 0,2 дБ.

Уровень шума:

Шумовая полка на ВЧ находится на уровне -141 дБ. Есть небольшие всплески, не превышающие -132 дБ в диапазоне от 1кГц до 3кГц. Так как речь идет о всем звуковом диапазоне, то уровень шума необходимо брать по наибольшему значению, что составляет менее — 120 дБ. Если брать частоту в 1 кГц, то уровень шума можно записать, как -142 дБ. Но на графике видно, что есть значения выше.

Динамический диапазон:

Измеренное значение составляет 110дБ.

Суммарные гармонические искажения + шум:

Коэффициент гармоник 0,0005% — худшее значение за все измерения. Обычно 0,0004%

Как видно, вторая и третья гармоники находятся на уровне примерно -114 дБ. Отсутствует полностью фоновый шум питающей сети в 50 Гц и 100Гц, а также гармоники выше 3 ей.

Интермодуляционные искажения:

0,0016%

Взаимное проникновение каналов в зависимости от частоты:

На 100Гц -103 дБ
На 1кГц -103 дБ
На 10кГц -83 дБ

Интермодуляционные искажения для плавающего тона:

На 5 кГц 0,0017%
На 10 кГц 0,0014%
На 15 кГц 0,0020%

Источник

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Еще раз напомню, что посты теперь можно читать на канале в Телеграме

и как обычно в инстаграме.    Жмите на ссылки, подписывайтесь и комментируйте, если вопросы по делу, я всегда отвечаю.

Жми на кнопку, чтобы подписаться на «Как это сделано»!

kak-eto-sdelano.livejournal.com

Высококачественный USB аудио-адаптер своими руками / Overclockers.ua

Будучи «счастливым» обладателем интегрированной звуковой подсистемы, я все же мечтал о хорошей звуковой карте, и даже подумать не мог, что ее можно сделать своими руками в домашних условиях. Однажды, бороздя просторы Всемирной сети, наткнулся на описание звуковой карты с USB интерфейсом на микросхеме РСМ2702 фирмы Burr-Brown и, просмотрев прайсы фирм, торгующих радиодеталями, понял, что это пока не для нас — о ней никто ничего не знал. Позже мой компьютер был собран в небольшом корпусе microATX, в котором не хватало места даже для старенькой Creative Audigy2 ZS. Пришлось искать что-то небольшое и желательно внешнее с интерфейсом USB. И тут снова наткнулся на чип РСМ2702, который уже активно использовали и хвалили за качество воспроизведения музыки — при правильной схемотехнике звук был куда приятней, чем у той же Audigy2 ZS. Снова поиск по прайсам, и о чудо, искомая микросхема есть в наличии по цене около 18 «вражеских денег». В итоге была заказано парочка чипов для экспериментов, так сказать, послушать, что там наваяли буржуйские «ЦАПостроители».

Итак, что же за зверь этот контроллер РСМ2702, от легендарной фирмы Burr-Brown, который покорила сердца аудиофилов во всем мире своими топовыми решениями? Интересно, на что способно бюджетное решение?

По данным технической документации на микросхему (pcm2702.pdf) мы имеем цифро-аналоговый преобразователь (digital-to-analog converter — DAC) с интерфейсом USB со следующими характеристиками:

  • Разрядность 16 бит;
  • Частота дискретизации 32 кГц, 44,1 кГц и 48 кГц;
  • Динамический диапазон 100 дБ;
  • Отношение сигнал/шум 105 дБ;
  • Уровень нелинейных искажений 0,002%;
  • Интерфейс USB1.1;
  • Цифровой фильтр с 8-ми кратной передискретизацией;
  • Работает со стандартным драйвером USB audio device.

Характеристики оказались весьма неплохими, особенно порадовала поддержка частоты дискретизации 44,1 кГц, которая является стандартной для большинства аудио-форматов, в то время как Creative Audigy2 ZS были лишены возможности работать на этой частоте. Процессор звуковой платы Creative проводил передискретизацию потоков с частотой 44,1 кГц в поток с частотой 48 кГц, причем, не всегда по оптимальному алгоритму, что выражалось в потере качества воспроизведения музыки. Большой плюс РСМ2702 заключается в том, что для восстановления исходного состояния сигнала после цифровой обработки используется внешний фильтр низких частот — LPF (low-pass filter- LPF), от которого сильно зависит качество звука. У большинства бюджетных решений LPF встроенный, и мы получаем на выходе уже восстановленный аудио-сигнал, при этом нет возможности хоть как-то повлиять на данный процесс.

Теперь про само устройство. Для начала был собран простенький вариант по рекомендуемой производителем схеме с небольшими изменениями в питании. Получилась маленькая «звуковуха» с питанием от USB.

Но такое устройство не являлось законченным и требовало внешний усилитель, да и наушники нормально раскачать не могло. Позже была заменена материнская плата на другую, с нормальным HAD-кодеком и хорошей разводкой платы. Аудиотракт был лишен посторонних шумов и шорохов, да и качество выходного сигнала было не хуже чем у РСМ2702. И, наверное, этих строк не было, ели бы мне на глаза не попался такой вот ящичек:









Это система пассивного охлаждения для HDD, но для меня, в первую очередь, это шикарный корпус для радиоаппаратуры. Я сразу понял, что в нем будет что-то собрано, например, звуковая карта с усилителем, благо с охлаждением проблем не должно быть. Много думал над схемотехникой девайса. С одной стороны хотелось высокого качества, а с другой — не хотелось платить больше чем стоят готовые звуковые платы от Creative. Основной вопрос возник по LPF и усилителю для наушников, ведь высококачественные комплектующие для этих целей могут стоить столько же, как сама РСМ2702, а то и больше. Например, цена на высококачественные операционные усилители для LPF — ОРА2132 и OPA627, стоят порядка 10 и 35 долларов соответственно. Микросхемы усилителя для наушников — AD815 или TPA6120, я вовсе не нашел в прайсах, причем, цены на них тоже не маленькие.

Но худа без добра не бывает и я нашел в Сети схему простого и качественного LPF на транзисторах, автор которой утверждал о приличном звучании, даже не хуже дорогих операционных усилителей. Решил попробовать. В качестве усилителя для наушников поставил микросхему LM1876 — младшую двухканальную «сестру» легендарной LM3886 с таким же звучанием но меньшей мощностью. Данная микросхема позволяет, увеличив коэффициент усиления, подключать колонки.

Получилась вот такая схема — USB-DAC_PCM2702_Sch.pdf, чертеж печатной платы — USB-DAC_PCM2702_Pcb.pdf в зеркальном отображении для переноса изображения лазерно-утюжным методом на медную фольгу, так называемый ЛУТ (подробней можно почитать в Интернете), чертеж расположения элементов и перемычек на плате, а также схема подключения регулятора громкости — USB-DAC_PCM2702.pdf.

В собранном виде плата выглядит так:


www.overclockers.ua