Собираем качественный ЦАП уровня hi-end из недорогого набора. Высококачественный USB аудио-адаптер своими руками Аудио цап своими руками
Проект USB звуковой карты высокого качества. Основан на микросхеме PCM2706, которая представляет собой 16-битный стерео цифро-аналоговый преобразователь. Этот чип имеет два аналоговых и один цифровой S/PDIF выход, а для его работы необходимо минимальное количество внешних компонентов.
PCM2706 имеет интегрированный USB 1.0 и USB 2.0 интерфейс, и питается непосредственно от USB-порта. PCM2706 является USB Plug-и-Play устройством и не требует установки драйверов под Windows и Mac OS.
Также чип имеет семь линий для управления кнопками:
регулировка громкости;
предыдущий и следующий трек;
начало воспроизведения/пауза;
остановка воспроизведения;
приглушение звука(mute).
Для использования этих функций вам не понадобится дополнительного программного обеспечения или драйверов, всё работает сразу же после подключения PCM2706 к USB.
Технические характеристики:
Напряжение питания: 5В
Интерфейс: USB 1.1, USB 2.0
Выходной интерфейс: наушники, S/PDIF
Частота дискретизации: 32 кГц, 44 кГц, 48 кГц
ОСШ: 98 дБ
Коэффициент нелинейных искажений: 0,006%
Выходная мощность аналогового выхода: 12 мВт
Потребляемая мощность: 35 - 45 мА
ОС: Windows 98, ME, 2000, XP и т.д., Mac OSX
Структурная схема PCM2706:
Схема ЦАПа:
Компоненты:
PCM2706 - 32-контактном корпусе TQFP - 1 шт
Кварцевый резонатор 12 МГц - 1 шт
Резистор 1 МОм - 1 шт
Резистор 3.3 кОм - 4 шт
Резистор 1.5 кОм - 2 шт
Резистор 22 Ом - 2 шт
Резистор 15 Ом - 2 шт
Конденсатор 100 мкФ - 2 шт
Конденсатор 47 мкФ - 2 шт
Конденсатор 1 мкФ - 4 шт
Конденсатор 22 нФ - 2 шт
Конденсатор 27 пФ - 2 шт
Ферритовый фильтр(L1) - 1шт
Кнопки, разъёмы - по вашему усмотрению
Печатная плата:
Фото готового ЦАПа:
Вольный перевод от , специально для
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 , 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.
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 .
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 .
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.
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 .
|
Администрация портала сайт извиняется за задержку публикации статьи. Слишком много накопилось работы по форуму, да и банальная бытовуха затягивала все сильнее. Обещаем свести все задержки публикации статей и прочих материалов к минимуму. В начале хочется поблагодарить:
Почему котенок? Есть тигр, лев, пантера, нет лучше Рысь, сильная, мощная быстрая, грациозная, красивая, это придел мечтаний, а есть котенок, маленький, глупенький, но уже с характером и он тоже из семейства кошачьих, рысью вряд ли когда нибудь станет, но будет стараться не ударить в грязь ли... простите, мордочкой перед своими соплеменниками. Почему черный? Плата должна была быть черной, но сделали зеленую, ну не называть же зеленый котенок:), это как то противоестественно, вот и остался черный котенок зеленого цвета. |
Писать статьи я не умею с детства, по этому не судите строго, а я постараюсь не растекаться мыслью по окрестным, горизонтальным поверхностям. С чего все началось, со многим известного сайта, имя которого не принято называть и конструкции, которую не принято обсуждать, желание стать ее обладателем придавила, в зародыше, своей мокрой лапкой земноводная подруга. Сам, все сам.
И вот, у меня лежит пяток мелких «таракашек» и зуд в лапках и восторг от победы, моего разума над моими сомнениями и так пять раз. Прошел год, пора двигаться дальше. Изучив на Веге, ветку посвященную Цапострою, поразился многообразию схем и решений. Все, мне нужен новый ЦАП! Какой! КЛАССНЫЙ! Остальное придумаю по ходу. Меня обуяла жажда нового девайса! С этого момента, пропал сон и аппетит! На DiyAudio, зашел случайно, а попав в чиповую лавку Юрия, поразился ценам, обилию, разнообразию.
К сожалению, когда делал выбор, еще не имел полного представления о том, что я хочу, а что действительно хотел не было в наличии. Раз семь, наверное, поменял позиции своего заказа, чем видимо довел Юрия до полного "экстаза", но в итоге заказ был оформлен, утвержден, сформирован, оплачен и отослан, кроме того, мне сделали отличный подарок, за что еще раз огромное, Юрию Спасибо!
Не теряя времени, пока идет посылка, решил заняться схемой и платой. Первоначально у меня была идея, сделать, отдельной платой ресивер, отдельно плату с ЦАП и отдельно выхлоп, те по всякому прямая выгода, проще настроить самостоятельные узлы, можно оперативно заменить любой модуль, и прослушать великое множество комбинаций, но вот червячок, маленький такой, сомнений оставался, с этим черв..., простите с со своими сомнениями я и обратился к Дмитрию. На свои сумбурные вопросы, получил очень развернутый и обстоятельный ответ, честно говоря, был приятно удивлен таким отношением, к совершенно постороннему человеку. Боже как сейчас мне стыдно, за то невежество и тот детский лепет, что я пытался сформулировать в своем первом послании.
С конструкцией разобрался — моноблочная. Двигаемся дальше. Что у меня лучше всего получается, так это всех доставать, своими вопросами. На очереди методика расчета ФНЧ. Нет мне не достаточно программ, мне нужно разобраться самому, в итоге изведя с пол пачки пищей бумаги я в конце концов получив результаты совпадающие с результатами программ, и в очередной раз поняв, что разум великая сила, родилась еще одна программка, для расчета фильтра, но так сказать, для внутреннего потребления. Все это в прочем, как и продолжение, рождения аналоговой части схемы ЦАП, можно проследить на страницах, соответствующей ветки форума . Вся цифровая часть делалась под диктовку Даташитов, с оглядкой на конструкции чужих схем, ну и как водиться, все интересное, пригодилось и мне.
Ну а теперь, то с чего следовало бы начать, Цели и Задачи, которые я перед собой ставил:
- сделать качественный ЦАП, доступный по цене
- без дефицитных комплектующих
- с двумя интерфейсами S/PDIF и TOSLINK
- самодостаточный как отдельное устройство.
Мне кажется, что задумка удалась. Конструктивно, ЦАП состоит из двух плат, первая плата, собственно сам ЦАП, ресивер, преобразователи U/I, ФНЧ и преобразователи питания каждого потребителя. На второй плате расположились, выпрямители, предварительные преобразователи питания и конденсаторы. По здравому размышлению, свой вариант, второй платы, решил не выкладывать, у каждого свои начальные условия (трансформаторы, радиаторы, конденсаторы, диоды), но общие рекомендации, лучше всего посмотреть в статьях Дмитрия(Lynx), посвященных его уникальным конструкциям. В цифровой части применены SMD резисторы типоразмера 0603, в аналоговой MELF резисторы 0204, пленочные конденсаторы WIMA FKP2, электролиты на плате ЦАП Panasonic и Nichkon, разделительный трансформатор самодельный 2 обмотки по 25 витков, витой парой из разобранного UTP кабеля, на ферритовом кольце(родословная данного кольца не установлена).
Схемы.
Схема блока питания:
Схема выходного каскада:
Схема приемника сигнала:
Схема включения PCM1794:
Порядок сборки.
Вот так выглядят заводские печатные платы.
Сначала паяем всю SMD мелочевку (резисторы, конденсаторы, диоды) на нижней стороне платы, особенно тщательно, распаиваем стабилизаторы, проверяя цепи питания на обрыв и замыкания, перевернув плату распаиваем все SMD элементы с верхней стороны (Внимание! Не забывайте про ферритовую бусину, между аналоговой и цифровой землей), после этого все электролиты, разъемы и так же тщательно проверяя все цепи преобразователи двухполярного питания аналоговый части ЦАП. Теперь, последовательно, подавая напряжения на преобразователи проверяем, что мы имеем на выходе с них и то, что нужные напряжения приходят на соответствующие контакты, в общем туда куда они должны идти проверяя по схеме.
Затем запаиваем SN75176, и проверяем прохождение сигнала, не забыв подать питание на плату ЦАП и ответственно сам сигнал, если, что то не так в первую очередь проверьте правильность монтажа трансформатора, я таки умудрился перепутать выводы. Далее распаиваем пленочные конденсаторы, еще одна проверка на КЗ и обрывы. Запаиваем, все, что осталось, проверяем, то что запаяли, устанавливаем джамперы в требуемую конфигурацию, крестимся и подаем питание.
Последняя операция, установить ноль постоянного напряжения, покрутив подстроечные сопротивления. Если все сделано правильно, остается подать сигнал на вход и снять звуковой сигнал на выходе. Немного о звуке, понятно, что все это субъективно.
Устроил небольшое испытание. В процесс тестирования было включено все, что есть в доме или у знакомых(CD, DVD, HD-плеера, ЦАП2705, ЦАП2702(Кит, приобретен на том самом сайте)). Звук с тестового CD от Dynaudio, спасибо Сергею (das). После прослушивания Котенка, все что слушалось, попутно, явно проигрывало, Особенно удивил Провал двух младших ЦАП, понятно, на то они и младшие, но что бы настолько...
Три дня после Нового года, просто вычеркнуты из жизни, с утра включал ЦАП и вечером выключал, такого желания просто сидеть и слушать у меня не было очень давно. Резюмируя высказывания всех кто послушал, звук напористый, верха прозрачные, середина разборчивая и четкая, а низы... бери нож нарезай и накладывай на тарелку, но лишних нет. Не знаю, как будет вести себя ЦАП на фоне более серьезных соперников, но, то, что я получил сейчас, меня очень радует и я счастлив. Теперь небольшие разночтения. Выложенные в статье схема и платы, отличаются от тех, что в итоге получились у меня.
Отличие в схеме, только в типе используемых преобразователей, а выложенная, плата в варианте, для приготовления ее в домашних условиях. Сразу предупреждаю, что в живую проверять я ее не стал. Следуя общим советам, для себя заказал плату на производстве, дорого оно конечно, но удовольствие от сборки и эстетика конечного результата с лихвой все компенсируют. Естественно, что мой, крайний вариант, полностью переработан под промышленное производство и достаточно сильно отличается по дизайну.
P.S. На сегодняшний день собрано три экземпляра Котенка, повторяемость, 100%, при аккуратном монтаже, согласно вышеприведенной инструкции, вся настройка сводилась только к установке 0 постоянного напряжения на выходе. Различия в звучании, последователей, по сравнению с первом экземпляром, если и были, то на слух уловить их не удалось.
Файлы для статьи:
- Печатная плата в формате Sprint-Layout. Black Kitty
В последние десятилетия цифровая аудиотехника развивается стремительными темпами. Помимо появления широкого спектра цифровых усилителей, также появляются всё новые форматы цифрового аудио. Любителей качественного звука это с одной стороны радует повышением качества звучания, с другой стороны огорчает, так как из-за введения новых форматов приходится постоянно обновлять свою аудиосистему.
Спасти положение может наличие в системе отдельного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Для перехода на новый формат придётся обновить только его, а порой достаточно будет обновления лишь одного его блока, например приёмника S/PDIF. Кроме того, автономный ЦАП имеет ещё одно преимущество - является универсальным блоком и позволяет подключать к вашей аудиосистеме различные цифровые источники CD / DVD-плеера, компьютер или сетевой проигрыватель.
В данной статье приводится описание схемы и конструкции ЦАП, способного работать с частотами дискретизации 32-96 кГц. Автор намеренно не реализовал поддержку стандарта 192 кГц, так как считает его малораспространённым. Основной упор в данном аппарате сделан на бескомпромиссное качество. Использованная элементная база не очень новая, но доступная. Наверняка, у многих радиолюбителей «в закромах» найдётся большинство комплектующих, что позволит без проблем повторить данную конструкцию или доработать имеющийся ЦАП до более высокого уровня.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦАП
Функции и возможности:
- коаксиальный и оптический входы,
- работает с частотой дискретизации 32-96 кГц,
- 2-разрядный индикатор частоты дискретизации,
- 8-кратная передискретизация,
- 24-битный цифровой фильтр,
- 24-битные цифро-аналоговые преобразователи,
- цифровой деэмфазис (коррекция предискажений),
- переключаемые аналоговые фильтры третьего порядка (Бесселя и Баттерворта),
- раздельное питание цифровых и аналоговых цепей.
Технические параметры:
| номинальное выходное напряжение | 2.1 V (RMS) |
| номинальное входное напряжение коаксиального входа |
0.5 V (сопротивление 75 Ω) |
| частотный диапазон (–3 dB) | 0–fs/2 (fs=32/44.1/48 kHz) |
| 0–42 kHz (fs=88.2/96 kHz) | |
| граничная частота аналогового фильтра | 26 kHz (Баттерворта для частот fs=32/44.1/48 kHz) |
| 42 kHz (Бесселя для частот fs=88.2/96 kHz) | |
| выходное сопротивление | 100 Ω |
| отношение сигнал/шум | ≥ 114 dBa |
| искажения+шум | 0.0016% (44.1 kHz, 16-bit) |
| 0.001% (48 kHz, 24-bit) | |
| 0.0008% (96 kHz, 24-bit, b=22 kHz) | |
| коэффициент интермодуляционных искажений (60 Hz/7 kHz, 0 dB) |
0.0035% |
| разделение каналов (1 kHz) | >115 dB |
| динамический диапазон | >100 dB |
Измерения проводились при следующих положениях переключателей (см. далее):
| s1 | s2 | s3 | s4 |
| -1 off | -1 on | -1 on | -1 off |
| -2 off | -2 off | -2 on | -2 off |
| -3 off | -3 off | -3 on | -3 off |
| -4 on | -4 off | -4 off | -4 on |
| -5 on | |||
| -6 off | |||
| -7 off | |||
| -8 off |
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Конструкция ЦАП выполнена в виде 4-х блоков, каждый из которых собран на отдельной печатной плате:
- блок питания ± 12 В и +5 В,
- цифровой приёмник и драйвер дисплея,
- 2-х разрядный дисплей,
- цифровой фильтр, непосредственно цифро-аналоговый преобразователь и выходные аналоговые фильтры.
Блок-схема показана на рисунке:
увеличение по клику
Источник питания состоит из стабилизатора напряжения +5 В для цифровых схем (приемник и цифровой фильтр) и стабилизатора напряжения ±12 В для питания аналоговых цепей и реле. Кроме того из этих напряжений с помощью дополнительных стабилизаторов получаются напряжения ±5 В для питания микросхемы ЦАП.
На плате приёмника цифровых аудио данных размещён также драйвер дисплея, который позволяет контролировать частоту тактового сигнала. Сам дисплей состоит из двух 7-сегментных светодиодных модулей для индикации частоты дискретизации: 32 кГц, 44 кГц (в реальности 44,1 кГц), 48 кГц, 88 кГц (в реальности 88,2 кГц), или 96 кГц.
Для аппаратной конфигурации приёмника используется 4-х контактный DIP-переключатель. Образцовый тактовый сигнал формирует высокоточный кварцевый генератор с частотой 6,144МГц для определения частоты входного сигнала и системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
На выходе приёмника данные о частоте дискретизации и биты состояния присутствуют в смешанном виде. Для их разделения используется микросхема IC5. Выходные данные записываются в регистры микросхемы и в нормальном режиме выходные сигналы статические. Такая индикация (против динамической) требует гораздо меньшего тока и, как следствие, создает меньше помех.
Для соединения платы цифрового приёмника с платой дисплея используется 10-ти жильный плоский кабель. Соединение платы приёмника с платой ЦАП и выходных фильтров осуществляется с помощью 16-ти жильного плоского кабеля. Этим же кабелем с платы приёмника передаётся напряжение +5В для питания цифрового фильтра, а также сигнал переключения на выходной фильтр с удвоенной частотой среда, если на входе обнаружен сигнал с частотами 88,2 кГц или 96 кГц.
Сигнал «MUTE» (приглушение) формируется при отсутствии сигнала на входе приёмника или когда система ФАПЧ не может выполнить захват частоты. Он снимается с вывода 5 (ERF) микросхемы IC1 и используется для управления выходным реле (отключает выход ЦАП).
Сигнал сброса приемника и цифрового фильтра формирует цепь R6-C13 и инвертируется микросхемой IC5. Сигнал наличия деэмпфазиса с цифрового приёмника передаётся цифровому фильтру, который и обеспечивает коррекцию искажений. Двенадцать DIP-переключателей позволяют задать различные параметры фильтра: форматы входных и выходных данных, количество битов, характеристику фильтра и другие.
Цифровой фильтр управляет двумя микросхемами ЦАП: одна для левого и вторая для правого каналов. Выходной сигнал каждого из ЦАП является токовым. Такой выбор был сделан не случайно. Токовый выход позволяет получить хорошую линейность, низкий уровень шума, малое напряжение смещения и высокую скорость нарастания. Да, обычно ЦАП с токовым выходом стоят дороже, но и качество звучания (как правило) обеспечивают на более высоком уровне.
Аналоговый фильтр на выходе необходим для удаления из выходного сигнала остатков продуктов передискретизации и высокочастотного шума. Для расширения диапазона частот дискретизации в схеме использованы два выходных фильтра с разными частотами среза. Переключение фильтров осуществляется с помощью двух реле. Так как сопротивление фильтров достаточно велико, чтобы не ухудшать разделение каналов потребовалось использовать отдельное реле для каждого канала.
Выходное сопротивление фильтра составляет всего 100Ом, поэтому для реализации функции «MUTE» (приглушение) можно обойтись одним реле без ухудшения характеристик устройства. Эта функция позволяет избавиться от щелчков и шумов на выходе устройства во время переходных процессов при включении или ошибках чтения входных данных.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА (ЦИФРОВОЙ ПРИЁМНИК)
Принципиальная схема блока цифрового приёмника и драйвера дисплея представлена на рисунке:
увеличение по клику
Главной задачей цифрового приёмника IC1 является декодирование потока данных в формате S/PDIF в последовательный формат данных, который может быть передан микросхемам ЦАП. Микросхема приёмника расположена на отдельной печатной плате таким образом, чтобы коаксиальный и оптический входные разъемы могли быть размещены в наиболее удобном месте на корпусе устройства.
Входной импеданс, который имеет традиционное для коаксиального входа значение в 75Ом, определяется номиналом резистором R1. Оптический вход реализован на широко распространённой микросхеме IC2. Сигнал с её выхода подается на вход IC1 через делитель R1-R2, значения резисторов которого выбираются таким образом, что сигнал на R1 был немного больше (0,6 В), чем стандартное значение для коаксиального входа (0,5 В).
При использовании оптического входа необходимо установить перемычку JP1. Коаксиальный вход при этом использоваться не может!
Резисторы R7-R10 необходимы для устранения высокочастотного «звона», вызванного ёмкостной нагрузкой образованной соединительным шлейфом и входной ёмкостью цифрового фильтра.
Режим работы цифрового приёмника задаётся уровнями на входах М0-М3. Подробнее о режимах работы можно прочитать в справочном руководстве на микросхему CS8414. Рекомендуемым режимом является I2S, так как при этом режиме число битов в принципе не фиксируется: это могут быть 16-битные данные или 24-битные. Поэтому необходимо установить DIP-переключатели S1 в положение S1-4 ON (M1 = 1), а остальные ВЫКЛ (М0 = М2 = М3 = 0).
Возможность выбора различных режимов работы цифрового приёмника была заложена с учетом возможного будущего расширения функционала или обновления конструкции. Так же это позволяет использовать плату приёмника для совместной работы с другими типами ЦАП.
Для снижения уровня шумов и помех микросхема кварцевого генератора IC3 расположена максимально близко к соответствующему входу (FCK) микросхемы IC1, а шина питания снабжена фильтром на элементах L3, C10, C11. В шинах питания других микросхем также установлены отдельные фильтры.
С выходов демультиплексора IC5 через разъём К2 сигналы (а также напряжение питания +5В и общий провод) поступают на блок индикации, который соединяется с платой приёмника 10-жильным кабелем. Для упрощения схемы и уменьшения цепей коммутации используется двухразрядный семисегментный индикатор, поэтому десятичная точка и дробные части для некоторых значений частоты дискретизации входного сигнала опускаются. При возникновении ошибки чтения входных данных (сигнал ERF — активный) на дисплее будут высвечиваться два тире. Благодаря размещению блока индикации на отдельной печатной плате его удобно монтировать в любом подходящем месте позади передней панели устройства.
Информация о тактовой частоте входного сигнала используется не только для индикации, но и для управления частотой среза выходных аналоговых фильтров ЦАП.
Сигнал о наличии в записи предискажений с выхода приёмника подаётся на цифровой фильтр. Индикация этого режима не предусмотрена, так как компакт-диски с такими записями встречаются довольно редко. Но раз уж они бывают, то данный ЦАП имеет возможность обработать любые предискажения, а обработка их в цифровом фильтре позволяет избавиться от необходимости коммутации дополнительных RC-цепей в аналоговом фильтре.
Продолжение следует...
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор»,
вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты»
.
