Направи си сам висококачествен USB аудио адаптер. Паралелни DACs Домашен DAC входен трансформатор
Игор ГУСЕВ, Андрей МАРКИТАНОВ
Гаврила беше аудиофил,
Gavrila DAC създаде ...
Наистина, защо не направим DAC със собствените си ръце? Необходимо ли е изобщо? Със сигурност! Външен конвертор ще бъде полезен преди всичко на собствениците на CD плейъри, пуснати преди 5 - 10 години. Технологията за цифрова обработка на звука се развива с бързи темпове и идеята за съживяване на звука на старо, но обичано устройство с помощта на външен DAC изглежда много примамлива. Второ, такова устройство може да бъде от голяма полза за тези, които имат евтин модел, оборудван с цифров изход - това е шанс да изведе звука му на ново ниво.
Не е тайна, че когато създава евтин CD плейър, разработчикът е в тясна финансова рамка: той трябва да избере по-прилично превозно средство и да оборудва новия продукт с всички видове услуги до максимум, да донесе повече бутони с многофункционален индикатор към предния панел и т.н., в противен случай строгите закони на пазара, устройството няма да се продава. След една година, като правило, ще се появи нов, който понякога не звучи по-добре от стария (а често и по-лош) и така нататък до безкрайност. И повечето големи фирми обикновено променят цялата гама всяка пролет ...
Отделените средства обикновено не са достатъчни за висококачествен ЦАП и аналоговата част на веригата и много производители откровено спестяват от това. Има обаче изключения от това правило, когато подобни решения се вземат умишлено, като елемент от техническата политика на компанията.
Например японският C.E.S., добре познат на нашите аудиофили. поставя скъпи автомобили с голям брой ръчни настройки в своите модели CD2100 и CD3100, като същевременно използва обикновен DAC, който очевидно не отговаря на механиката като клас. Тези устройства са позиционирани от компанията като превозни средства с контролен аудио път и първоначално са проектирани да работят с външен конвертор. Ситуацията е малко по-различна с играчите TEAS VRDS 10 - 25. Чрез инсталирането на диск от висок клас и скъпи TDA1547 (DAC 7) DAC чипове, инженерите по някаква причина решиха да спестят от изходните етапи. Една руска компания, знаейки за тази характеристика на моделите, прави ъпгрейд, заменяйки аналоговата част на веригата.
За авторите
Андрей Маркитанов, инженер в конструкторското бюро за звукова техника Three V от Таганрог. Разработва и въвежда в производство DAC под марката Markan, редовен участник в руски Hi-End изложения. Обича нестандартните решения, следва аудио модата, винаги е в крак с последните постижения в областта на цифровата схемотехника. Той знае разводките на много чипове Crystal, Burr-Brown и Philips от паметта.
Малко теория
И така, решено е - правим DAC. Преди да започнем да разглеждаме схемата, е полезно да дешифрираме някои общи съкращения:
S/PDIF (формат на цифровия интерфейс на Sony/Philips)- стандарт за цифрово предаване на аудио данни между устройства (асинхронен интерфейс със самосинхронизация). Има и оптична версия на TosLink (от думите Toshiba и Link). Почти всички модели евтини CD плейъри са оборудвани с този интерфейс, но сега той се счита за остарял. Има и по-модерни интерфейси, използвани в скъпите устройства, но все още няма да говорим за тях.
DAC (DAC)- цифрово-аналогов преобразувател.
IIS (InterIC сигнална шина)- стандарт за синхронен интерфейс между елементи на верига в рамките на едно и също устройство.
PLL (фазово заключен контур)- фазово заключена система.
Акцент- прогнози.
Понастоящем има два напълно различни начина за цифрово-аналогово преобразуване за CD аудио формата: еднобитов и многобитов. Без да навлизаме в подробности за всеки от тях, отбелязваме, че по-голямата част от скъпите DAC модели използват многобитово преобразуване. Защо скъпо? Достойното изпълнение на тази опция изисква висококачествено многоканално захранване, сложна процедура за настройка на изходните филтри, при някои модели се извършва ръчно, а в развитите страни работата на квалифициран специалист не може да бъде евтина.
Еднобитовите преобразуватели обаче също имат много фенове, т.к. те имат особен характер на предаване на звука, някои характеристики на който са трудни за постигане със съществуващата многобитова технология. Те включват по-високата линейност на еднобитовите DAC при ниски нива на сигнала и следователно по-добра микродинамика, отчетлив детайлен звук. От своя страна аргументът на привържениците на многобитовите DAC е по-силното емоционално въздействие върху слушателя, мащабността и отвореността на звука, т.нар. "drive" и "ches", което е особено ценено от любителите на рока.
На теория еднобитовите DAC изискват много висока тактова честота, за да работят безупречно. В нашия случай, т.е. 16 бита и 44.1 kHz, трябва да е около 2.9 GHz, което е абсолютно неприемлива стойност от техническа гледна точка. С помощта на математически трикове и всякакви преизчисления тя може да бъде намалена до приемливи стойности в рамките на няколко десетки мегахерца. Очевидно това обяснява някои от характеристиките на звука на еднобитовите DAC. Кое е по-добро? Ще опишем и двата варианта, а кой да изберете - решете сами.
Основното нещо, от което се ръководехме при разработването на схемата, беше нейната изключителна простота, която ни позволява да разберем идеята и да я реализираме в конкретен дизайн, дори и за аудиофил, който няма опит в цифровите технологии. Въпреки това, описаният DAC е в състояние значително да подобри звука на бюджетно устройство, оборудвано с коаксиален цифров изход. Ако вашият плейър няма такъв, тогава ще бъде лесно да го организирате сами. За да направите това, в повечето случаи е достатъчно да инсталирате RCA конектор на задната стена и да запоите неговия сигнален лоб на подходящото място на платката. По правило основната версия на дънната платка е направена за няколко модела наведнъж, само че е „пълнена“ по различни начини и трябва да има място върху нея за запояване на жака за цифров изход. Ако това не е така, ще трябва да потърсите схема на устройството - в оторизирани сервизи, на радиопазарите или в интернет. В бъдеще това оформление може да послужи като обект на усилия за по-нататъшното му подобряване и накрая да позволи постигането на "нежна мъгла върху чисто изображение".
Почти всички устройства с тази цел са изградени на подобна елементна база, изборът на елементи за разработчика не е толкова широк. Сред наличните в Русия ще назовем Burr-Brown, Crystal Semiconductors, Analog Devices, микросхеми Philips. От S / PDIF приемниците на сигнали, CS8412, CS8414, CS8420 от Crystal Semiconductors, DIR1700 от Burr-Brown, AD1892 от Analog Devices са повече или по-малко достъпни на достъпни цени. Изборът на самите DAC е малко по-широк, но в нашия случай използването на CS4328, CS4329, CS4390 с делта-сигма преобразуване изглежда оптимално, те най-пълно отговарят на критерия качество / цена. Многобитовите чипове Burr-Brown PCM63, които се използват широко в High End и струват $96 или по-модерен PCM1702, също изискват определени видове цифрови филтри, които също не са евтини.
И така, ние избираме продуктите на Crystal Semiconductors, а документацията за микросхеми с тяхното подробно описание, pinout и таблици за състоянието могат да бъдат изтеглени от сайта www.crystal.com.
| Подробности за конвертора | ||
|---|---|---|
| съпротива | ||
| R1 | 220 | 1/4w |
| R2 | 75 | 1/4w |
| R3 | 2k | 1/4w |
| R4 - R7 | 1к | 1/4w |
| R8, R9 | 470k | 1/4w карбон |
| Кондензатори | ||
| C1 | 1,0uF | керамика |
| C2, C4, C8, C9 | 1000uF x 6.3V | оксид |
| C3, C5, C7, C120 | 1 uF | керамика |
| C6 | 0,047uF | керамика |
| C10, C11 | 1,0uF | K40-U9 (хартия) |
| полупроводници | ||
| VD1 | AL309 | червен светодиод |
| VT1 | KT3102A | npn транзистор |
| U1 | CS8412 | приемник на цифров сигнал |
| U2 | 74HC86 | TTL буфер |
| U3 | CS4390 | DAC |
Да отидем на диаграмата
И така, остава въпросът коя схема да избера? Както вече споменахме, той трябва да бъде неусложнен, лесен за повторение и с достатъчен потенциал за качество на звука. Също така изглежда задължително да има абсолютен фазов превключвател, което ще направи възможно по-доброто съвпадение на DAC с останалите елементи на аудио пътя. Ето най-добрият според нас вариант: цифров приемник CS8412 и еднобитов DAC CS4390, струващ около $7 на кутия (по-добре е да се опитате да намерите DIP опция, това значително ще улесни инсталацията). Този DAC се използва в известния модел плейър Meridian 508.24 и все още се счита за най-добрия от Crystal. Многобитовата версия използва чипа Philips TDA1543. Веригата на еднобитов преобразувател изглежда така:
Резисторите R1-R7 са малки по размер, от всякакъв тип, но R8 и R9 са по-добре да вземат серията BC или внесени въглеродни. Електролитните кондензатори C2, C4, C8, C9 трябва да имат номинална мощност най-малко 1000 микрофарада с работно напрежение 6,3 - 10 V. Кондензаторите C1, C3, C5, C6, C7 са керамични. C10, C11 е желателно да се използва K40-U9 или MBHCH (хартия в масло), но филм K77, K71, K73 (изброени в низходящ ред на приоритет) също са подходящи. Трансформатор T1 - за цифрово аудио, получаването му не е проблем. Можете да опитате да използвате трансформатор от дефектна компютърна мрежова карта. Диаграмата не показва захранването на микросхемата U2, минусът се подава към 7-ия крак, а плюсът към 14-ия.
За да увеличите максимално звуковия потенциал на веригата, препоръчително е да се придържате към следните правила за инсталиране. Всички връзки към общия проводник (маркиран с иконата GND) е най-добре да се правят в една точка, например на пин 7 на U2 чипа. Най-голямо внимание трябва да се обърне на входния възел за цифров сигнал, който включва входния жак, елементи C1, T1, R2 и щифтове 9,10 на чипа U1.
Необходимо е да се използват възможно най-късите връзки и проводници на компонентите. Същото важи и за възел, състоящ се от елементи R5, C6 и щифтове 20, 21 на чипа U1. Електролитните кондензатори с подходящи керамични шунтове трябва да бъдат монтирани в непосредствена близост до захранващите щифтове на микросхемите и свързани към тях с проводници с минимална дължина. Диаграмата не показва друг електролит и керамичен кондензатор, които са свързани директно към захранващи щифтове 7 и 14 на U2 чипа. Необходимо е също така да се свържат щифтове 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10 на U2 чипа.
След като натрупате известен опит, ще можете да избирате на слух размера и вида на електролитните и керамичните кондензатори, които се намират в електрическите вериги във всяка конкретна област.
Сега няколко думи за работата на самата схема. Светодиод D1 служи за индикация, че цифровият приемник U1 улавя сигнала от транспорта и наличието на грешки при четене. При нормално възпроизвеждане не трябва да свети. Контактите S1 превключват абсолютната фаза на сигнала на изхода, това е подобно на промяна на полярността на кабелите на високоговорителите. Като промените фазирането, можете да забележите как то влияе на звука на целия път. DAC също има верига за коригиране на де-емфазиса (пин 2/U3) и въпреки че няма много пуснати дискове с предварителен акцент, такава функция може да бъде полезна.
Сега за изходните вериги. Възможно е директно свързване на DAC чипа към изхода само чрез свързващи кондензатори, тъй като чипът CS4390 вече има вграден аналогов филтър и дори изходен буфер. Чиповете CS4329 и CS4327 са изградени на подобен принцип, CS4328 DAC също имаше добра аналогова част. Ако знаете как да правите висококачествени нискочестотни филтри и съвпадащи стъпала, трябва да опитате ръката си с великолепната микросхема CS4303, която има цифров сигнал на изхода и прави възможно изграждането на страхотно звучащо устройство, ако за например свързвате кенотрон захранван тръбен буфер към него.
Но да се върнем към нашия CS4390. Принципът на изграждане на еднобитови ЦАП предполага наличието на значителен амплитуден импулсен шум във вътрешните силови вериги. За да се намали влиянието им върху изходния сигнал, изходът на такива DAC почти винаги се извършва по диференциална схема. В този случай ние не се интересуваме от запис на съотношенията сигнал/шум, така че използваме само един изход за всеки канал, което избягва използването на допълнителни аналогови етапи, които могат да повлияят негативно на звука. Амплитудата на сигнала на изходните жакове е напълно достатъчна за нормална работа, а вграденият буфер се справя добре с такива натоварвания като свързващ кабел и входен импеданс на усилвателя.
Сега нека поговорим за мощността на нашето устройство. Звукът е само модулирано захранване и нищо друго. Каквато е храната, такъв е и звукът. Ще се опитаме да обърнем специално внимание на този въпрос. Първоначалната версия на стабилизатора на мощността за нашето устройство е показана на фиг. 2
Предимствата на тази схема са нейната простота и яснота. При общ токоизправител се използват различни стабилизатори за цифровата и аналоговата част на схемата - това е задължително. Помежду си те се разделят на входа чрез филтър, състоящ се от C1, L1, C2, C3. Вместо петволтови регулатори 7805 е по-добре да поставите регулируем LM317 с подходящи резистивни разделители в управляващата изходна верига. Изчисляването на стойностите на съпротивлението може да се намери във всеки справочник за линейни микросхеми. В сравнение с 7805, LM317 имат по-широк честотен диапазон (не забравяйте, че не само постоянен ток протича през захранващите вериги, но и широколентов цифров сигнал), по-малко вътрешен шум и по-тиха реакция на импулсен товар. Факт е, че когато се появи импулсен шум (и те очевидно са невидими по отношение на мощността!), Стабилизационната верига, покрита с дълбока отрицателна обратна връзка (необходимо е да се получи висок коефициент на стабилизация и ниско изходно съпротивление), се опитва да го компенсира . Както се очаква за вериги с OOS, възниква затихнал колебателен процес, върху който се наслагват новопристигнали смущения и в резултат на това изходното напрежение постоянно скача нагоре и надолу. От това следва, че е желателно да се използват стабилизатори на дискретни елементи, които не съдържат операционна система за захранване на цифрови схеми. Разбира се, в този случай изходният импеданс на източника ще бъде много по-висок, така че цялата отговорност за борбата с импулсния шум се прехвърля върху шунтовите кондензатори, които се справят добре с тази задача и това има благоприятен ефект върху звука . В допълнение, ясно се очертава необходимостта от използване на отделен стабилизатор за всяка изходна мощност на цифровите микросхеми, заедно с елементи за разделяне на мощността (подобно на L1, C2, C3 на фиг. 2).
В DAC на Markan това е направено и филтърът с допълнително потискане на цифровия шум и токоизправителят работят от отделна намотка на мрежовия трансформатор и дори се използват различни трансформатори за допълнително разделяне на цифровата и аналоговата част на веригата. Същото се прави за по-нататъшно подобряване на нашия DAC, въпреки че схемата на фиг. 2 може да се използва за начало, тя ще осигури първоначално ниво на качество на звука. В токоизправителя е по-добре да използвате бързи диоди на Шотки.
Многобитов вариант на схемата
Обикновено многобитовите DAC изискват няколко източника на напрежение с различна полярност и значителен брой допълнителни дискретни елементи за тяхната работа. Сред голямото разнообразие от микросхеми ще изберем Philips TDA1543. Този DAC е "бюджетна" версия на отличния чип TDA 1541, струва една стотинка и се предлага на дребно у нас.
Чипът TDA 1541 беше използван в CD плейъра Arcam Alpha 5, който по едно време събра много награди, въпреки че също беше силно скаран - допотопен DAC, силни смущения, но как звучи! Този чип все още се използва в грамофони Naim. TDA1543 е страхотен за нашите цели, т.к. изисква само едно +5V захранване и не изисква допълнителни части. Разпояваме CS4390 от цифровия приемник и свързваме TDA 1543 на негово място в съответствие с диаграмата на фиг. 3.
Тук трябва да се направят няколко допълнителни пояснения. Всички многобитови DAC имат токов изход и има няколко схеми за преобразуване на сигнала в напрежение. Най-често срещаният е операционен усилвател, свързан с инвертиращ вход към изхода на DAC. Преобразуването на ток-напрежение се извършва за сметка на покриващата го ОС. На теория работи чудесно и този подход се счита за класически - може да се намери в препоръчителните опции за включване на всеки многобитов DAC. Но ако говорим за звук, тогава всичко не е толкова просто. За да се приложи този метод на практика, са необходими много висококачествени операционни усилватели с добри скоростни характеристики, например AD811 или AD817, които струват повече от $5 на брой. Следователно, в бюджетните дизайни те често действат по различен начин: те просто свързват обикновен резистор към изхода на DAC и токът, преминаващ през него, ще създаде спад на напрежението, т.е. пълен сигнал. Стойността на това напрежение ще бъде право пропорционална на стойността на резистора и тока, протичащ през него. Въпреки привидната простота и елегантност на този метод, той все още не е широко използван от производителите на скъпо оборудване, т.к. също има много клопки. Основният проблем е, че токовият изход на DAC не осигурява наличието на напрежение върху него и обикновено е защитен от диоди, свързани гръб към гръб, и внасят значителни изкривявания в сигнала, получен от резистора. Сред известните производители, които все пак са избрали такъв метод, трябва да се открои Kondo, който поставя резистор, навит със сребърна жица в своя M-100DAC. Очевидно има много малко съпротивление и амплитудата на изходния сигнал също е много малка. За да се получи стандартна амплитуда, се използват няколко етапа на тръбно усилване. Друга известна компания с нетрадиционен подход към проблема с преобразуването на ток в напрежение е Audio Note. В нейните DAC тя използва за тази цел трансформатор, в който токът, преминаващ през първичната намотка, предизвиква магнитен поток, водещ до появата на сигнално напрежение върху вторичната намотка. Същият принцип е приложен в някои DAC от серията Markan.
Но обратно към TDA 1543. Изглежда, че разработчиците на тази микросхема по някаква причина не са инсталирали защитни диоди на изхода. Това отваря перспективата за използване на резисторен преобразувател ток към напрежение. Съпротивленията R2 и R4 на фиг. 3 е точно за това. При посочените стойности амплитудата на изходния сигнал е около 1 V, което е напълно достатъчно за директно свързване на DAC към усилвател на мощност. Трябва да се отбележи, че капацитетът на натоварване на нашата схема не е много висок и при неблагоприятни условия (висок капацитет на свързващия кабел, нисък входен импеданс на усилвателя на мощността и т.н.), звукът може да бъде леко ограничен в динамиката и „намазан“. В този случай изходният буфер ще помогне, чиято схема и дизайн можете да избирате от различни съществуващи опции. Може да се случи, че в някои произведени версии на микросхемата TDA 1543 все още са инсталирани защитни диоди (въпреки че в спецификациите няма такава информация и ние също не попаднахме на конкретни случаи). В този случай ще бъде възможно да премахнете сигнал с амплитуда не повече от 0,2 V от него и ще трябва да използвате изходен усилвател. За да направите това, е необходимо да намалите стойността на резисторите R2 и R4 с 5 пъти. Кондензаторите C2 и C4 на фиг. 3 образуват филтър от първи ред, който премахва радиочестотния шум от аналоговия сигнал и генерира желаната честотна характеристика в горната част на диапазона.
Много дизайни на DAC използват цифрови филтри, което значително опростява задачата на разработчика при проектирането на аналоговата част, но в същото време цифровият филтър носи по-голямата част от отговорността за крайния звук на устройството. Наскоро те бяха изоставени, тъй като компетентен аналогов филтър ефективно потиска високочестотния шум и няма толкова пагубен ефект върху музикалността. Точно това е направено в DAC на Markan, които използват конвенционален филтър от трети ред с линейна фазова характеристика, изработен върху LC елементи. В нашата схема на фиг. 3, за простота се използва аналогов филтър от първи ред, което в повечето случаи е напълно достатъчно, особено ако използвате лампов усилвател на мощност и дори без обратна връзка. Ако вашето оборудване е транзисторно, тогава е напълно възможно да се наложи да увеличите реда на филтъра (обаче не прекалявайте, твърде стръмната верига определено ще влоши звука). Съответните схеми и формули за изчисление ще намерите във всеки приличен наръчник за радиолюбители.
Моля, обърнете внимание, че резисторите R2, R4 и кондензаторите C2, C4 са разположени точно на мястото, където произлиза аналоговият звук. High End започва от тук и, както се казва, "навсякъде по-нататък". Качеството на тези елементи (особено резистори) ще повлияе значително на звука на цялото устройство. Резисторите трябва да бъдат инсталирани с въглерод VS, ULI или бор-въглерод BLP (след като ги изберете за същото съпротивление с помощта на омметър), използването на вносна екзотика също е добре дошло. Кондензаторите са разрешени от всеки тип от горните. Всички връзки трябва да са с минимална дължина. Разбира се, необходими са и качествени изходни конектори.
Какво получихме?
Лошо пеех стихове,
хриптеше, крещеше и лъжеше мотива...(J.K. Джером, „Трима в лодка,
с изключение на кучето)
Не ме мързи да ви напомня, че преди да включите устройството за първи път, трябва внимателно да проверите цялата инсталация. В този случай контролът на силата на звука на усилвателя трябва да бъде настроен на минимална позиция и силата на звука трябва да се увеличава постепенно, ако няма смущения, свирки и фон на изхода. Бъдете внимателни и внимателни!
Като цяло еднобитовите ЦАП се характеризират с много мек, приятен звук, с изобилие от фини детайли. Изглежда, че те хвърлят целия си звуков потенциал в помощ на солиста, изтласквайки останалите участници в музикалната работа някъде на заден план. Големите оркестри са донякъде "намалени" по отношение на състава на музикантите, силата и мащабът на звука им страдат. Многобитовите DAC обръщат еднакво внимание на всички участници в музикалното действие, без да отчуждават или подчертават някой от тях. Динамичният диапазон е по-широк, звукът е по-равномерен, но в същото време малко по-откъснат.
Например, когато възпроизвеждате добре познатата песен „I Put A Spell on You“, изпълнена от Creedence Clearwater Revival чрез многобитов DAC, нейната енергия се предава перфектно, мощният поток от емоции просто очарова, намерението на създателите му става ясно, ние остро усещаме какво са искали да ни кажат. Малките детайли са донякъде замъглени, но на фона на доминиращите характеристики на такова подаване на звук, описано по-горе, това не изглежда сериозен недостатък. Когато възпроизвеждате една и съща песен чрез еднобитов DAC, картината е малко по-различна: звукът не е толкова мащабен, сцената е донякъде избутана назад, но детайлите на звукопроизводството, малките докосвания се чуват перфектно. Добре е предаден моментът, когато музикантът доближава китарата до усилвателя, постигайки леко самовъзбуждане на усилвателя. Но когато слушате Елвис Пресли, цялото богатство на гласа му се разкрива перфектно. Ясно се вижда как се променя с възрастта, емоционалното въздействие върху слушателя също е силно, а съпроводът, донякъде изместен на заден план, органично се вписва в общата картина.
Така че изборът на типа DAC зависи от вас, и двата варианта имат както силни, така и слаби страни, истината, разбира се, е някъде по средата. Въпреки простотата, звуковият потенциал на описаните схеми е доста висок и ако горните препоръки се прилагат творчески, крайните резултати не трябва да ви разочароват. Желаем Ви успех!
Въпроси от дизайнера на схемата
Като „щастлив“ собственик на интегрирана звукова подсистема, все още мечтаех за добра звукова карта и дори не можех да си помисля, че мога да я направя сам у дома. Веднъж, сърфирайки в световната мрежа, попаднах на описание на звукова карта с USB интерфейс на чип Burr-Brown PCM2702 и, гледайки цените на компаниите, продаващи радиокомпоненти, разбрах, че това все още не е за нас - никой не знаеше нищо за това. По-късно компютърът ми беше вграден в малък microATX корпус, в който дори нямаше място за стар Creative Audigy2 ZS. Трябваше да търся нещо малко и за предпочитане външно с USB интерфейс. И тогава отново попаднах на чипа PCM2702, който вече беше активно използван и похвален за качеството на възпроизвеждане на музика - с правилната схема звукът беше много по-приятен от този на същия Audigy2 ZS. Отново търсене на цени и ето, желаната микросхема се предлага на цена от около 18 "вражески пари". В резултат на това бяха поръчани няколко чипа за експерименти, така да се каже, за да слушате какво са натрупали там буржоазните „CABuilders“.
И така, що за звяр е този контролер PCM2702 на легендарната компания Burr-Brown, който спечели сърцата на аудиофилите по света с топ решенията си? Чудя се на какво е способно бюджетното решение?
Според техническата документация за микросхемата (pcm2702.pdf) имаме цифрово-аналогов преобразувател (цифрово-аналогов преобразувател - DAC) с USB интерфейс със следните характеристики:
- Битова дълбочина 16 бита;
- Честота на дискретизация 32 kHz, 44,1 kHz и 48 kHz;
- Динамичен диапазон 100 dB;
- Съотношение сигнал/шум 105 dB;
- Нивото на нелинейно изкривяване 0,002%;
- USB1.1 интерфейс;
- Цифров филтър с 8x свръхсемплиране;
- Работи със стандартен USB драйвер за аудио устройство.
Сега за самото устройство. Като начало беше сглобена проста версия по схемата, препоръчана от производителя с малки промени в храненето. Оказа се малка „звуковуха“, захранвана от USB.
Но такова устройство не беше пълно и изискваше външен усилвател, а слушалките не можеха да се разклатят нормално. По-късно дънната платка беше заменена с друга с нормален HAD кодек и добро оформление на платката. Аудио пътят беше лишен от външен шум и шумолене, а качеството на изходния сигнал не беше по-лошо от това на PCM2702. И вероятно тези редове не съществуваха, ако такава кутия не беше хванала окото ми:
Това е пасивна система за охлаждане на HDD, но за мен, на първо място, това е шикозен калъф за радио оборудване. Веднага разбрах, че нещо ще бъде сглобено в него, например звукова карта с усилвател, тъй като не трябва да има проблеми с охлаждането. Мислих много за схемата на устройството. От една страна исках високо качество, но от друга страна не исках да плащам повече от цената на готовите звукови карти от Creative. Основният въпрос възникна за LPF и усилвателя за слушалки, тъй като висококачествените компоненти за тези цели могат да струват колкото самия PCM2702 или дори повече. Например, висококачествените LPF операционни усилватели, OPA2132 и OPA627, струват съответно около $10 и $35. Чипове за усилвател за слушалки - AD815 или TPA6120, изобщо не намерих в ценовите листи, освен това и цените им не са малки.
Но няма вреда без добро и намерих в мрежата проста и висококачествена LPF схема на транзистори, чийто автор твърди, че е приличен звук, дори не по-лош от скъпите операционни усилватели. Реших да опитам. Като усилвател за слушалки инсталирах микросхемата LM1876 - по-младата двуканална "сестра" на легендарния LM3886 със същия звук, но по-малко мощност. Тази микросхема позволява чрез увеличаване на усилването да свържете високоговорители.
Резултатът е такава схема - USB-DAC_PCM2702_Sch.pdf, чертеж на печатна платка - USB-DAC_PCM2702_Pcb.pdf в огледален образ за прехвърляне на изображението чрез метод на лазерно гладене върху медно фолио, т.нар. LUT (можете да прочетете повече в Интернет), чертеж на разположението на елементите и джъмперите на платката, както и схемата на свързване на контрола на звука - USB-DAC_PCM2702.pdf.
Сглобената платка изглежда така:
Ще ви разкажа малко за това как работи всичко, ако изведнъж има хора, които искат да съберат такава единица. Превключващата схема PCM2702 е стандартна - LPF е филтър Sallen-Kay, нискочестотен филтър от втори ред с единично усилване, тъй като активният елемент работи като последовател, емитер или последовател на източник може да се използва без проблеми. Вече има място за експерименти. Можете да изберете типа транзистори, които ви харесват най-добре по отношение на звука - аз, тествайки от наличните, се спрях на KT3102E в метален корпус (VT3, VT4 - вижте диаграмата USB-DAC_PCM2702_Sch). Филтърните елементи влияят най-много на звука, особено кондензаторите C25, C26, C31, C32. Експертите в този бизнес препоръчват инсталирането на филмови кондензатори WIMA FKP2, полистирол от FSC фолио или съветски PM. Но нямаше нищо нормално на склад и трябваше да сложа това, което беше, и чак тогава го смених на най-доброто. Платката осигурява контактни площадки както за изходни, така и за SMD кондензатори. Резисторите R9, R10, R11, R12 се нуждаят от идентични двойки, за които вземаме резистори с точност от 1% или избираме двойки с мултицет. Избрах от няколко десетки резистора с точност от 5%, тъй като нямаше време да чакам, докато ги донесат с точност от 1%. Стойностите на резисторите и кондензаторите могат да бъдат избрани според звука, както искате, но единственото условие е двойката да е еднаква, така че всеки канал да не пее по свой начин.
Схемата осигурява деактивиране на аналоговото захранване PCM2702 и изхода на филтъра от конекторите X5, X6, ако USB кабелът не е свързан към конектора X1. Това е, за да се гарантира, че ниският изходен импеданс на филтъра няма да пречи на сигнала, подаван към тези жакове, когато използвате устройството като усилвател за слушалки. Когато е свързан, аналоговото захранване към DAC се подава през транзистор VT2, който се управлява от транзистор VT1, ако има напрежение на USB конектора, тогава и двата транзистора са отворени. Филтърните изходи са свързани към конекторите на задния панел чрез реле K1, което също се захранва от USB. Използвах реле V23079-A1001-B301 от AXICOM. Ако няма такова реле, тогава вместо него можете да поставите конвенционален превключвател с две контактни групи. Вместо транзистора VT2 можете също да поставите превключвател и не е необходимо да запоявате всички елементи, отговорни за превключването на захранването, желателно е само самото USB захранване да се превключва през същия превключвател.
Усилвателят и аналоговата част се захранват от външно захранване с напрежение 12-15 V и 0,5 A AC, свързано през конектор X2 на задния панел.
Самото захранване беше направено от конвенционален стабилизиран 12 V 0.5 A PSU, като се изхвърли всичко излишно.
В усилвателя също трябва да изберете резистори R15-R18 по двойки, които задават усилването (ляв канал Cool = R17/R15, Cup = R18/R16). Ако не планирате да използвате слушалки, тогава можете да свържете високоговорители, тогава трябва да намалите съпротивлението на резисторите R15, R16 до 4,7-10 kOhm, можете леко да увеличите съпротивлението R17, R18. По този начин ще бъде възможно да се получи номинална изходна мощност от около 2 x 5 вата. Ако захранвате чипа D6 с напрежение +/- 20 ... 25 V, което се взема веднага след токоизправителя от кондензаторите C6, C7, можете да получите максимална изходна мощност от 2 x 18 W, но за това ще трябва да поставите диодите VD2, VD3 на ток от най-малко 3A, заменете предпазителя F2 с ток от най-малко 3A, удвоете капацитета на кондензатите C6, C7 и използвайте трансформатор в захранването с по-голяма мощност, приблизително 16 V 4 A AC.
Всички SMD резистори, резистори R20, R22 размер 1206, резистори R13, R14 размер 2010 могат да бъдат заменени с джъмпери, всички други резистори размер 0805. Всички SMD керамични кондензатори размер 0805, всички електролитни кондензатори с максимална работна температура от 105 ° C и ниска вътрешно съпротивление , с работно напрежение 16 V, кондензатори C6, C7 с максимално работно напрежение 25-35 V. Повечето от конекторите са запоени от старо оборудване, не мога да кажа със сигурност, да се ръководи от външния вид. Резисторът за регулиране на силата на звука е свързан с двужилен екраниран проводник, два сигнални канала и маса на екрана, резистор с неизвестен китайски произход със съпротивление от 20 kOhm от група B (с експоненциална зависимост на съпротивлението от ъгъла на въртене на копчето).
Също така искам да ви разкажа малко за това как да запоявате микросхеми в такъв малък пакет. Някои погрешно смятат, че такива микросхеми трябва да бъдат запоени с поялници с ниска мощност и тънък връх. Много е забавно да гледаш, когато хората точат жилото като шило и се опитват да запоят всеки крак поотделно. Всъщност всичко е лесно и просто. Като начало инсталираме микросхемата в желаното положение, държим я с ръка или я фиксираме с лепило, запояваме един от крайните терминали, след това го центрираме, ако е необходимо, и запояваме противоположния терминал. Ако няколко извода са запоени заедно, тогава това не е страшно. Поялникът се взема с мощност 30-50 W с калайдисан, прясно заточен връх под ъгъл около 45 °, като не пестим флюс или колофон. За предпочитане е потокът да не е активен, в противен случай ще трябва да измиете платката много внимателно, опитвайки се да я измиете изпод микросхемата. Загряваме всички крака с малка капка припой, започвайки от единия ръб и постепенно, докато се затопля, придвижваме поялника към незапоените проводници, като натискаме излишния припой върху тях, докато платката може да се държи на ъгъл, така че спойката да тече надолу под действието на гравитацията. Ако няма достатъчно спойка, вземете малко повече, ако има много, тогава с помощта на парцал премахваме цялата спойка, която е на върха на поялника, и без да пестим потока, премахваме излишъка от щифтовете на микросхемата. Така, ако платката е нормално гравирана, добре почистена и обезмаслена, тогава запояването става за 1-3 минути и се оказва чисто, красиво и равномерно, което се вижда на моята платка. Но за по-голяма сигурност препоръчвам да практикувате върху изгорени платки от различно компютърно оборудване с микросхеми, които имат приблизително еднаква стъпка на щифта.
Препоръчвам първо да не запоявате чиповете D2 и D6 и елементите, които могат да попречат на монтажа им. На първо място, е необходимо да запоите възлите, отговорни за захранването, да позвъните на захранващите вериги за късо съединение, да свържете към USB порта и да приложите 14 V AC от захранването към X2. Бъдещите изходи на стабилизаторните микросхеми трябва да имат следните напрежения:
- D1: +3.3V;
- D3: +12V;
- D4: -12V;
- D5: +5 V.
При свързване на PCM2702 към компютъра за първи път, системата намира ново устройство - USB Speakers Burr-Brown Japan PCM2702.
След автоматично инсталиране на драйвера в диспечера на устройствата ще се появи ново устройство - USB високоговорители. Това означава, че всичко работи както трябва и можете да включите музика, видео или дори да стартирате игри.
Системата автоматично предава звук към чипа PCM2702, когато е свързан към компютър и се връща в първоначалното си състояние, когато платката е изключена, за да възобновите възпроизвеждането, просто трябва да рестартирате желаната програма. Силата на звука се контролира от стандартния контрол на звука на Windows. Проверих производителността на платката само под Windows XP SP2.
Малко за сглобяването на цялото устройство в кутия. Най-трудната част е настройката на променливия резистор на регулатора на звука. Предният панел е прикрепен към шасито чрез перваз, който минава по задната страна на панела и има доста сериозна дебелина. Тази перваза трябва да бъде изрязана с ножовка или фреза на мястото, където ще бъде прикрепен регулаторът на звука, но трябва да бъдете много внимателни, тъй като можете да надраскате алуминиевото покритие, което ще накара панела да загуби своята привлекателност. След това пробиваме дупка за монтиране на резистора, мястото за което преценяваме според позицията на дръжката, която ще бъде поставена на същия този резистор. От предната страна леко отстраняваме ребрата близо до отвора, така че гайката да получи резбите на основата на резистора. Има още един проблем - центърът на панела не съвпада с центъра на вътрешната камера на шасито, а резисторът за регулиране на звука опира в корпуса. Трябваше да повдигна панела с 2-3 мм, за което отрязах ъгъла на издатината за закрепване с дремел.
Няма да описвам подробно всички действия с панела и шасито. Тези, които могат сами да направят такова устройство, ще разберат всичко от снимките. Там, където бяха пробити дупки и резбовани, по време на монтажа бяха поставени 2 шайби под панела близо до всеки винт, за да се повдигне с 2 mm. В шасито също се пробиват дупки и се нарязват резби за монтиране на платката. Микросхемите D3, D4 и D6 се притискат към шасито с винтове M2.5, докато D4 и D6 трябва да бъдат изолирани от панела с помощта на слюдена плоча или друг топлопроводим диелектрик или чипове с изолиран корпус, като D6 в моя случай, трябва да се използва. Задният панел е изработен от пластмасова тапа от системния блок. Всичко това може да се види по-подробно на снимката.
Повечето паралелни DAC схеми се основават на сумирането на токове, силата на всеки от които е пропорционална на теглото на цифровия бит и трябва да се сумират само токовете на битовете, чиито стойности са равни на 1. Нека, за Например, необходимо е да се преобразува двоичен четирибитов код в аналогов токов сигнал. За четвъртата най-значима цифра (SZR) теглото ще бъде равно на 2 3 =8, за третата цифра - 2 2 =4, за втората - 2 1 =2 и за младшата (MSR) - 2 0 =1. Ако теглото на MZR аз MZR \u003d 1 mA, тогава аз SZR = 8 mA, и максималният изходен ток на преобразувателя аз out.max =15 mA и отговаря на код 1111 2 . Ясно е, че кодът 1001 2 например ще съответства на азизход = 9 mA и т.н. Следователно е необходимо да се изгради схема, която да осигурява генериране и превключване по дадените закони на точни тегловни токове. Най-простата схема, която реализира този принцип, е показана на фиг. 3.
Съпротивленията на резисторите са избрани така, че когато ключовете са затворени, през тях протича ток, съответстващ на теглото на разряда. Ключът трябва да бъде затворен, когато съответният бит на входната дума е равен на единица. Изходният ток се дава от
При висок капацитет на DAC, резисторите за настройка на тока трябва да бъдат съгласувани с висока точност. Най-строгите изисквания за точност се налагат на резистори от висок ред, тъй като разпространението на токовете в тях не трябва да надвишава тока на най-малко значимото ниво. Поради това разпространението на съпротивата в к-тата цифра трябва да е по-малка от
д Р /Р=2 –к
От това условие следва, че разпространението на съпротивлението на резистора, например, в четвъртата цифра не трябва да надвишава 3%, а в 10-та цифра - 0,05% и т.н.
Разглежданата схема, въпреки цялата си простота, има цял куп недостатъци. Първо, за различни входни кодове, токът, изтеглен от източника на референтно напрежение (REF), ще бъде различен и това ще повлияе на стойността на изходното напрежение на REF. Второ, стойностите на съпротивлението на тегловните резистори могат да се различават хиляди пъти и това прави много трудно внедряването на тези резистори в полупроводникови интегрални схеми. В допълнение, съпротивлението на резистори от висок ред в многобитовите DAC може да бъде съизмеримо със съпротивлението на затворен ключ и това ще доведе до грешка при преобразуване. Трето, в тази схема към отворените превключватели се прилага значително напрежение, което усложнява тяхната конструкция.
Тези недостатъци са елиминирани във веригата AD7520 DAC (домашен аналог 572PA1), разработена от Analog Devices през 1973 г., която в момента е по същество индустриален стандарт (много серийни модели на DAC са направени според него). Тази схема е показана на фиг. 4. MOS транзисторите се използват като ключове тук.
Ориз. 4. ЦАП схема с превключватели и матрица с постоянен импеданс
В тази схема настройката на тегловните коефициенти на стъпките на преобразувателя се извършва чрез последователно разделяне на референтното напрежение с помощта на резистивна матрица с постоянен импеданс. Основният елемент на такава матрица е делител на напрежение (фиг. 5), който трябва да отговаря на следното условие: ако е натоварен със съпротивление Р n, тогава неговият входен импеданс Рв също трябва да приеме стойността Рн. Фактор на отслабване на веригата a = U 2 /U 1 при това натоварване трябва да има зададена стойност. Когато тези условия са изпълнени, получаваме следните изрази за съпротивленията:
в съответствие с фиг.4.
Тъй като във всяка позиция на превключвателите S kте свързват долните клеми на резисторите към обща верига, източникът на референтно напрежение се зарежда с постоянно входно съпротивление Рв = Р. Това гарантира, че референтното напрежение остава непроменено за всеки DAC входен код.
Съгласно фиг. 4, изходните токове на веригата се определят от отношенията
 |
(8) |
 |
(9) |
и входен ток
 |
(10) |
Тъй като долните клеми на резистори 2 Рматрици във всяко състояние на превключватели S kса свързани към обща електрическа шина чрез ниско съпротивление на затворени превключватели, напреженията на превключвателите винаги са малки, в рамките на няколко миливолта. Това опростява конструкцията на превключвателите и техните вериги за управление и позволява използването на референтно напрежение от широк диапазон, включително различна полярност. Тъй като изходният ток на DAC зависи от U op линейно (вижте (8)), преобразувателите от този тип могат да се използват за умножаване на аналогов сигнал (чрез подаването му към входа за референтно напрежение) с цифров код. Тези ЦАП се наричат умножаване(MDAC).
Точността на тази схема се намалява от факта, че за ЦАП с голяма битова дълбочина е необходимо да се съпоставят съпротивленията Р 0 ключове с разрядни токове. Това е особено важно за ключове от висок ред. Например, в 10-битовия DAC AD7520, ключовите MOSFET транзистори на шестте най-значими бита са направени различни по площ и тяхното съпротивление Р 0 нараства според двоичния код (20, 40, 80, ... , 640 ома). По този начин се изравняват спадовете на напрежението на превключвателите на първите шест разряда (до 10 mV), което осигурява монотонност и линейност на преходната характеристика на DAC. 12-битовият DAC 572PA2 има диференциална нелинейност до 0,025% (1 LSM).
ЦАП, базирани на MOS превключватели, имат относително ниска производителност поради големия входен капацитет на MOS превключвателите. Същият 572PA2 има време за установяване на изходния ток при промяна на входния код от 000...0 на 111...1, равно на 15 µs. 12-битовият DAC7611 на Burr-Braun има време за установяване от 10µs. В същото време ЦАП, базирани на MOS ключове, имат минимална консумация на енергия. Същият DAC7611 консумира само 2,5 mW. Напоследък се появиха DAC модели от типа, разгледан по-горе, с по-висока скорост. Например, 12-битовият AD7943 има време за установяване на тока от 0,6 μs и консумация на енергия от само 25 μW. Ниската собствена консумация позволява тези DAC с микро мощност да се захранват директно от източника на референтно напрежение. В същото време те може дори да нямат изход за свързване на ION, например AD5321.
DAC на текущи източници
DAC на източници на ток имат по-висока точност. За разлика от предишната версия, в която тегловните токове се генерират от резистори с относително ниско съпротивление и в резултат на това зависят от съпротивлението на превключвателите и товара, в този случай тегловните токове се осигуряват от транзисторни източници на ток с висока динамична устойчивост. Опростена диаграма на DAC на източници на ток е показана на фиг. 6.
Ориз. 6. DAC верига на източници на ток
Тегловните токове се формират с помощта на резистивна матрица. Потенциалите на базите на транзисторите са еднакви и така че потенциалите на емитерите на всички транзистори да са равни, площите на техните емитери се правят различни в съответствие с тегловните коефициенти. Десният резистор на матрицата не е свързан към обща шина, както е на диаграмата на фиг. 4, но към два еднакви транзистора, свързани паралелно VT 0 и VT n, в резултат на което токът през VT 0 е равно на половината от преминаващия ток VT 1 . Входното напрежение за резистивната матрица се създава с помощта на референтния транзистор VT op и операционен усилвател OU1, чието изходно напрежение е настроено така, че колекторният ток на транзистора VT op приема стойност азоп. Изходен ток за н-битов DAC.
 |
(11) |
Типични примери за DAC на текущи превключватели с биполярни транзистори като ключове са 12-битов 594PA1 с време за установяване от 3,5 μs и грешка на линейността не повече от 0,012% и 12-битов AD565, който има време за установяване от 0,2 μs със същата грешка на линейността. Още по-бърз е AD668, който има време за установяване от 90 ns и същата грешка на линейността. От новите разработки можем да отбележим 14-битовия AD9764 с време за установяване от 35 ns и грешка на линейността не повече от 0,01%.
като токови ключове S kчесто използван биполярно диференциални стъпалав който транзисторите са активни. Това намалява времето за утаяване до няколко наносекунди. Схемата на токовия превключвател на диференциалните усилватели е показана на фиг. 7.
Диференциалните стъпала VT 1 -VT 3 и VT "1 - VT" 3 са формирани от стандартни ESL вентили. Текущ и Кпротичащ през колекторния извод на изходния емитер последовател е изходният ток на клетката. Ако цифровият вход D kприлага се напрежение на високо ниво, след което транзисторът VT 3 се отваря и транзисторът VT "3 се затваря. Изходният ток се определя от израза
Точността се подобрява значително, ако резисторът Р e заменете с източник на постоянен ток, както в схемата на фиг. 6. Поради симетрията на веригата е възможно да се формират два изходни тока - прав и обратен. Най-бързите модели на тези ЦАП имат ESL входни нива. Пример е 12-битовият MAX555, който има 4 ns време за установяване до 0,1%. Тъй като изходните сигнали на тези DAC улавят радиочестотния диапазон, те имат изходен импеданс от 50 или 75 ома, който трябва да бъде съобразен с характеристичния импеданс на кабела, свързан към изхода на преобразувателя.
Формиране на изходния сигнал под формата на напрежение
Има няколко начина за генериране на изходно напрежение за DAC със сумиране на тегловни токове. Две от тях са показани на фиг. 8.
Ориз. 8. Формиране на напрежение на токовия изход на ЦАП
На фиг. 8а показва схема с преобразувател ток към напрежение на операционен усилвател (op-amp). Тази схема е подходяща за всички токови изходни ЦАП. Тъй като филмовите резистори, които определят тегловните токове на DAC, имат значителен температурен коефициент на съпротивление, резисторът за обратна връзка Р OS трябва да се направи на DAC чип и по същия технологичен процес, който обикновено се прави. Това дава възможност да се намали температурната нестабилност на преобразувателя с коефициент 300...400.
За DAC на MOS ключове, като се вземе предвид (8), изходното напрежение на веригата на фиг. 8а.
Обикновено съпротивлението на резистора за обратна връзка Р oc = Р. В такъв случай
 |
(12) |
Повечето DAC модели имат значителен изходен капацитет. Например AD7520 с MOS ключове, в зависимост от входния код СЪСизходът е 30 ... 120 pF, за AD565A с източници на ток СЪС vy = 25 pF. Този капацитет, заедно с изходния импеданс на DAC и резистора Р oc създава допълнителен полюс в честотната характеристика на обратната връзка на операционния усилвател, което може да причини нестабилност на самовъзбуждането. Това е особено опасно за ЦАП с MOS ключове с нулев входен код. При Р os = 10 kΩ, честотата на втория полюс ще бъде около 100 kHz при 100% дълбочина на обратната връзка. В този случай усилвател, чиято единична честота на усилване е f t надвишава 500 kHz, ще има очевидно недостатъчни граници на стабилност. За да поддържате стабилност, можете да свържете паралелно с резистор Р os кондензатор СЪСдо, чийто капацитет в първото приближение може да се приеме равен на СЪСнавън. За по-прецизен подбор СЪСНеобходимо е да се извърши пълен анализ на стабилността на веригата, като се вземат предвид свойствата на конкретен оп-усилвател. Тези мерки влошават работата на веригата толкова сериозно, че възниква парадоксална ситуация: за да се поддържа високата производителност дори на евтин ЦАП, може да е необходим сравнително скъп високоскоростен (с кратко време за установяване) операционен усилвател.
Ранните модели ЦАП с MOS превключватели (AD7520, 572PA1 и т.н.) позволяват отрицателно напрежение на превключвателите, което не надвишава 0,7 V, следователно, за защита на превключвателите, трябва да се свърже Шотки диод между изходите на ЦАП, както е показано на фиг. 8а.
За цифрово-аналогов преобразувател на източници на ток изходният ток може да се преобразува в напрежение с помощта на резистор (фиг. 8b). В тази схема самовъзбуждането е невъзможно и скоростта се поддържа, но амплитудата на изходното напрежение трябва да е малка (например за AD565A в биполярен режим в рамките на ± 1 V). В противен случай транзисторите на източника на ток могат да излязат от линеен режим. Този режим се осигурява при ниски стойности на съпротивление на натоварване: Р n » 1 kOhm. За да увеличите амплитудата на изходния сигнал на DAC в тази схема, можете да свържете неинвертиращ усилвател към операционния усилвател към неговия изход.
За DAC с MOS ключове можете да използвате обратната връзка на резистивната матрица, за да получите изходния сигнал под формата на напрежение (фиг. 9).
Ориз. 9. Инверсно включване на DAC с MOS ключове
За да изчислим изходното напрежение, намираме връзката между напрежението U iна ключ Siи възлово напрежение U"аз. Нека използваме принципа на суперпозицията. Приемаме, че всички напрежения на клавишите са равни на нула, с изключение на разглежданото напрежение U i. При Р n=2 Рвсеки възел е свързан към десния и левия товар със съпротивление 2 Р. Използвайки метода с два възела, получаваме
Намираме изходното напрежение на DAC като общото напрежение в най-десния възел, причинено от общото действие на всички U i. В този случай напреженията на възлите се добавят към теглата, съответстващи на коефициентите на разделяне на резистивната матрица Р- 2Р. Вземете
За да определим изходното напрежение при произволен товар, използваме теоремата за еквивалентния генератор. От еквивалентната схема на DAC на фиг. 10 показва това
Еквивалентно съпротивление на генератора Р e съвпада с входния импеданс на матрицата Р- 2Р, т.е. Р e = Р. При Р n=2 Рот (14) получаваме
Недостатъците на тази схема са: голям спад на напрежението на клавишите, променливо натоварване на източника на еталонно напрежение и значителен изходен импеданс. Поради първия недостатък тази схема не може да включва DAC от типа 572PA1 или 572PA2, но 572PA6 и 572PA7 могат. Поради втория недостатък източникът на референтно напрежение трябва да има нисък изходен импеданс, в противен случай е възможна немонотонност на характеристиката на преобразуване. Въпреки това, обратната връзка на резистивна матрица е доста широко използвана в DAC IC с изходно напрежение, например в 12-битов MAX531, който също включва вграден оп-усилвател в неинвертираща връзка като буфер или в 16-битов MAX542 без вграден буфер. 12-битовият DAC AD7390 е изграден върху обърната матрица с вграден буферен усилвател и консумира само 0,3 mW мощност. Вярно е, че времето му за утаяване достига 70 μs.
Паралелен ЦАП с комутируем кондензатор
Основата на този тип DAC е матрица от кондензатори, чиито капацитети са свързани като цели степени на две. Диаграма на проста версия на такъв преобразувател е показана на фиг. 11. Капацитет ккондензаторът на матрицата се определя от съотношението
Кондензаторът също получава равен заряд. СЪСв обратна връзка OU. В този случай изходното напрежение на оп-усилвателя ще бъде
За да съхраните резултата от преобразуването (DC напрежение) за произволен период от време, към изхода на този тип DAC трябва да бъде свързано устройство за вземане на проби и задържане. За да съхранят изходното напрежение за неопределено време, както могат да направят DAC със сумиране на тегловни токове, оборудвани с регистриращ регистър, преобразувателите на комутирани кондензатори не могат поради изтичане на заряд. Поради това те се използват главно като част от аналогово-цифрови преобразуватели. Друг недостатък е голямата площ на IC чипа, заета от такава схема.
DAC със сумиране на напрежението
Диаграмата на осембитов преобразувател със сумиране на напрежението, произведен под формата на IC, е показана на фиг. 8.12. Основата на преобразувателя е верига от 256 резистора с еднакво съпротивление, свързани последователно. Заключение Упрез ключовете С 0 …С 255 може да бъде свързан към всяка точка от тази верига в зависимост от входното число. Въведете двоичен код дсе преобразува от декодера 8x256 в единен позиционен код, който директно управлява клавишите. Ако подадете напрежение U AB между щифтове АИ IN, тогава напрежението между клемите УИ бще бъде
U wb= U AB Д.
Предимството на тази схема е малка диференциална нелинейност и гарантирана монотонност на трансформационната характеристика. Може да се използва като цифрово регулируем резистор. Предлагат се няколко модела такива DAC. Например, чипът AD8403 съдържа четири осембитови DAC, направени по схемата на фиг. 8.12, със съпротивление между клемите АИ IN 10, 50 или 100 kOhm в зависимост от модификацията. При подаване на активно ниво на входа “Икономичен режим” ключът се отваря Сключ за изключване и включване С 0 . IC има вход за нулиране, с който DAC може да бъде настроен на средата на скалата. Dallas Semiconductor произвежда няколко модела DAC (например двойния DS1867) със сумиране на напрежението, в който входният регистър е енергонезависима памет с произволен достъп, което е особено удобно за изграждане на схеми с автоматична настройка (калибриране). Недостатъкът на схемата е необходимостта от производство на голям брой (2 N) съвпадащи резистори на чипа. Въпреки това, 8-битови, 10-битови и 12-битови DAC от този тип вече са налични с усилватели с изходен буфер, като AD5301, AD5311 и AD5321.
Висококачествен проект за USB звукова карта. Базиран на чипа PCM2706, който е 16-битов стерео цифрово-аналогов преобразувател. Този чип има два аналогови и един цифров S/PDIF изход и изисква минимален брой външни компоненти, за да работи.
PCM2706 има интегриран USB 1.0 и USB 2.0 интерфейс и се захранва директно от USB порта. PCM2706 е USB Plug-and-Play устройство и не изисква инсталиране на драйвер под Windows и Mac OS.
Чипът има и седем реда за управление на бутоните:
контрол на звука;
предишна и следваща песен;
стартиране на възпроизвеждане/пауза;
спиране на възпроизвеждането;
заглушаване на звука.
Не се нуждаете от допълнителен софтуер или драйвери, за да използвате тези функции, всичко работи веднага след като PCM2706 е свързан към USB.
Спецификации:
Захранващо напрежение: 5V
Интерфейс: USB 1.1, USB 2.0
Изходен интерфейс: слушалки, S/PDIF
Честота на семплиране: 32 kHz, 44 kHz, 48 kHz
SNR: 98 dB
THD: 0,006%
Аналогов изход Изходна мощност: 12mW
Консумирана мощност: 35 - 45 mA
ОС: Windows 98, ME, 2000, XP и др., Mac OSX
Структурна диаграма на PCM2706:
DAC схема:
Компоненти:
PCM2706 - 32-пинов TQFP пакет - 1 бр
Кварцов резонатор 12 MHz - 1 бр
Резистор 1 MΩ - 1 бр.
Резистор 3,3 kOhm - 4 бр
Резистор 1,5 kOhm - 2 бр
Резистор 22 Ома - 2 бр
Резистор 15 ома - 2 бр
Кондензатор 100 uF - 2 бр
Кондензатор 47 uF - 2 бр
Кондензатор 1 uF - 4 бр
Кондензатор 22 nF - 2 бр
Кондензатор 27 pF - 2 бр
Феритен филтър (L1) - 1бр
Бутони, конектори - по Ваша преценка
Печатна електронна платка:
Снимка на готовия DAC:
Безплатен превод от, специално за
Помня добре моето босо радиолюбителско детство. Тогава нямаше вашите интернети, но имаше списания „Млад техник“, „Моделист-конструктор“, „Радио“.
Компонентите са получени от сметища, от търговци, а понякога и от магазини. Гамата от аудио оборудване не беше много широка. Моите другари, които имаха късмета да имат промишлено производствено оборудване у дома, измерваха страниците на паспортите на своите касетофони, усилватели и плейъри, където бяха посочени характеристиките.
Вълшебните думи "Ниво на шума", "THD", "Изходна мощност" вълнуваха умовете ни и не ни позволяваха да спим спокойно.
Устройство от Япония - беше силно впечатление. Просто да го имам. Беше по-стилен от най-новия iPhone * сега за днешната младеж - определено.
* Под този термин имам предвид всяко електронно устройство, което удължава, уголемява и също така ви позволява да се чувствате по-готини от другите или да не бъдете по-лоши. Съжалявам, отклоних се.
Въпреки че срещнах деца - мои връстници - все още се мерят с айфони. А тези, които не са имали възможност да си купят - са го направили сами. И понякога дори по-добре от фабриката. Естествено, беше невъзможно да се измерят параметрите, но те сравняваха на ухо и се радваха като деца. Но какво да запомните? Тогава бяхме деца!
Времето мина, възможностите се увеличиха. Някой, реализирал детска мечта, най-накрая купи BMW, представено от AC от Мартин Логан. И някой, като мен, продължава да прави оборудване за себе си със собствените си ръце. И не че не мога да си позволя Logans, а че да си го направиш сам е по-интересно. Не е важен резултатът, а процесът. И така купувате, слагате и ще бършете праха веднъж седмично. Няма толкова време, колкото в детството. Тук понякога пълзеше до леглото. за какво говоря О да. Отново разсеян!
Добре тогава. Направих. Стартиран. Всичко звучи добре. Но трябва да се мери! И тогава, в края на краищата, някой веднага показва всички характеристики на своите занаяти, но тук няма какво да покаже ... И как да се измери?
Мощността на усилвателя е лесна. Подсилване също. Но прословутото ниво на шум и коефициентът на нелинейно изкривяване? Трябва ли да купя измервател на нелинейни изкривявания за това? За едно измерение? смисъл? Да мъкнеш парче желязо в лабораторията? Така че лабораторията все още трябва да бъде намерена. И какво да меря? как?
Има ли нелинейни, има ли хармонични изкривявания? Ясно е, че тези понятия са различни и при оценката на характеристиките на аудио пътя те, при малки стойности, ще бъдат приблизително еднакви. Но това, което е необходимо, не е анализ, а количествена стойност. Чужденците използват най-вече термина THD (Total Harmonic Distortion). Да, и измервателните уреди под формата на компютър и програми за него измерват точно този параметър. Посочено е в техническите спецификации. Във форумите и в ревютата на устройства той отново е. Така че има смисъл да се оцени този параметър.
По мои наблюдения вече стана "де факто" стандарт използването на програмата RMAA за домашни измервания.
Отдавна започнах да подозирам, че "има нещо нередно в консерваторията". Това беше преди няколко години. Creative Live вече ме разочарова, а от ADC остана само вградената звукова система. И така реших да направя измервания. Изтеглих RMAA, направихме кабели, подготвихме се. И... гадно.
Резултатът от измерването на собствените параметри на вградения звук беше толкова шедьовър, че аз, хлипайки и удряйки главата си в масата, само с усилие на волята не изхвърлих системния блок от прозореца.
Съжалявам за колекцията от порно музика на дискове. -70db шум и THD от 0,25% около пръстена - това дори не е hi-fi. Кутията на PCM2906 даде същия резултат. Как да живеем с това?
Така че изоставих идеята за измервания. Не можах да се насиля да си купя външна скъпа карта, при наличието на няколко DAC-а, да се чудя на цифрите. Пея? Глоба! Като? Чудесен!
Но накрая камион с бира и чипс се обърна на моята улица! Приятелят ми взе външна карта. Е, реших да отърся праха от кабелите и за интерес да опитам това, което създавам напоследък.
Ето го устройството. Creative X-Fi THX. Съдейки по прегледите и описанията, трябва да е подходящ за измерване.
Е, сега ще се опитам да премеря какво ми е останало живо. Факт е, че някои от устройствата, описани в предишните части на моите статии, или раздадох на желаещите, или разглобих, или по някакъв начин модифицирах. Първо, погребах всички PCM2704-2707. Единият остана като SPDIF/I2S тестов източник.
Същото се случи и с TDA1541, с изключение на един, който заедно със SM5813 събира прах на рафта. Сигурно не знам как да ги готвя, но не ми харесва много как звучат.
Тест #1
На теста присъстваха DAC, събрани от мен по различно време, и частично тези, които все още не са събрани.1.TDA1541+SM5813+ лист с данни за ауспуха на AD822 AD827 (пробих какво се случи, остава)
2. PCM1702 + DF1706+ лист с данни (RSM1702) ауспух за 4x (!) OU ORA2604.
описан е подобен, но на PCM63. Различава се в оформлението на платката за друг ЦАП.
3. AD1865 + DF1706+ ауспух на съветски измервателни трансформатори, претенциозно боядисан от мен в черно. Тези трансове са тук, още не са боядисани.
4. Един от последните. 2x диференциален DAC PCM1700 + SM5842 + SRC4192+ лист с данни за ауспуха. По време на измерванията го лежах размазан на масата без калъф.
Всички ЦАП работеха от SPDIF EDEL USB Audio интерфейс източник през SPDIF. Режим на измерване 16 бита 48 kHz. (TDA1541 не дърпа по-високо)
Между другото! Има ли някой сред вас, който е запознат с разработчиците на тази звукова система Creative? Ако има, моля, забийте пирон в главата им от мое име, аз ще възстановя гвоздея. Или ръце до лакътя с тъпа ножовка? А?
Е, колко гениален трябва да си, за да изрежеш напълно честота, която е кратна на 44kHz от аудио устройство??? Все едно да ходиш без един крак? Изненадата беше толкова леко неочаквана за мен. Разбирам, че търговецът има смартфон и слуша през него, но не е така...
Добре, нека измерим какво имаме. Как работи програмата и как мисли, не знам. Но нещо е избледняло. Аз, с ваше позволение, ще коментирам натрупаното по пътя.
Резултат
Както виждате, съвсем очаквано. За мен. Мислех, че ще бъде много по-зле. Графиките са по-интересни.
честотна характеристика:
Тук можете да видите неразбираем спад на TDA1541 и увеличение на AD1865. Е, с AD1865 е ясно, че има трансформатор на изхода и изглежда, че някъде има резонансна верига. Или на входа, или на изхода. Откъм звук всичко е отлично.
Шум:
Тук ясно се вижда гърбицата при 50 Hz. Изобщо нищо не се премахва. DAC и компютър на обща маса, в един изход, нула отделно, SPDIF е развързан навсякъде през трансформатор. Филтрира по правила. Позицията на щепсела в контакта не влияе на картината. Ухото не чува. странно...
Е, THD+шум:
Тук можете да видите, че хармоничната верига се изкачва при TDA1541 и малко по-ниско при AD1865. Останалите са добри. Какво не е наред с 1541 - не мога да кажа, ауспухът е направен според листа с данни. Не промених OU, имаше желание просто да го измеря. Както казах, не знам как да ги готвя. Но AD1865 изглежда се усеща като трансформатор. Така че изборът му и съгласуването му с DAC и с op-amp дори на пръв поглед не е лесна задача.
ДОБРЕ. Тъй като взех саундтрака за известно време, трябва да опитам други опции.
Необходимо е да се провери влиянието на източника и начина на подаване на цифрата върху резултата от измерването.
Тест #2
Сега тествам две устройства:1.DAC на PCM58с ауспух "клаксони - дискретни", описани:
2. Последният занаят на PCM1700при диференциално включване.
И двете устройства са сглобени в съответствие с една и съща топология, SRC4192 работи в режим "изходен порт главен 256fs", тактовата честота е 24.576.000 MHz за мрежа, кратна на 48 kHz. SM5824 на половин честота (отказва при пълна скорост).
Използват се два източника на цифров сигнал: EDEL USB Audio интерфейс и Phantom USB интерфейс на TAS1020. Режим 16*48 и 24*64.
Тук веднага излязоха невероятни измервания от Creative:
Данни за 16*48.
И за 24*96.
Невероятна разлика в нивата на шума. И двата DAC-а изпревариха Creative по отношение на шума.
Ето графиките на шума:
16*48:
и 24*96:
Не мисля, че това се дължи на работата на DAC, на същото място SRC осреднява всичко, но ADC на Creative при 24 * 96 очевидно работи в най-добрия режим за него, така че има по-малко запушване.
Но THD е непроменен, което е разбираемо.
16*48:
и 24*96:
Причината за това поведение на PCM58 не е трудно да се обясни тук. Ауспухът на "Horns" не е сглобен на това, което е, без селекция за h21, следователно звукът му е по-"хармоничен".
Между другото, звукът му ми харесва повече от PCM1700 с ауспух от дейташит. Въпреки че последният е очевидно по-добър по отношение на измерването.
Но в този случай едно е ясно - източникът на цифровия сигнал не влияе на измерването. Дори минах през ASIO. Не мисля, че резолюцията на тази измервателна система, както и на самите ми DAC-ове ще са достатъчни, за да уловят разликата в източниците, ако изобщо има такава.
Не го чувам на ухо.
Тест #3
Беше ми интересно да боцкам различни операционни усилватели. И сравнете. Разбирам, че от техническа гледна точка това не е правилно, какво трябва да се избереденоминации на части, настройка на веригата и платката за определен операционен усилвател, но имаше чисто спортен интерес.
За съжаление, нямаше голям избор от единични операционни усилватели под ръка, така че тестът се оказа не толкова разширен, колкото искахме.
ЦАП-а е същия - PCM1700.
В секцията I / U бяха тествани AD811 и LT1363 (имаше повече от 4 от тях), във филтърната секция - OPA627, LME49990, LT1122.
THD:
Тук картината беше развалена само от LME49990, който по някаква причина показа силно надценено ниво както на хармоници, така и на интермодулационно изкривяване.
Не казвам, че тя няма място във филтъра, но изглежда, че под нея е необходимо по-внимателно да се подбират деноминации и каишки. Ще го направя в свободното си време, ако измерването не бъде отнето.
Е, в заключение един литър балсам за любители и професионалисти.
Среща! Делта и Сигма! Лед и огън! Тенекия и пластмаса!
Тези са мои .
SPDIF. Там няма нищо друго.
24 бита, 96 kHz.
1.AK4113 + 2*RSM1794Aв моно режим.
2. AK4113 + AK4396.
Ауспух навсякъде - лист с данни. Подсилен с буфер BUF634 с 30mA ток на покой.
Тук, освен дребни дефекти в монтажа и окабеляването, няма какво дори да се коментира....
честотна характеристика:
Шум:
THD:
Увеличеният IMD на AK4396, според мен, се дължи на работата на сумиращия операционен усилвател, чийто режим и тръбопроводи трябва да бъдат избрани по-внимателно. Не помня вида на операционния усилвател, бях твърде мързелив, за да отворя кутията.
И тъй като не са в работата ми, а на рафта, не знам дали ще го направя кога или ще го сглобя по-бързо в различен капацитет.
Какви изводи за себе си направих от тези резултати?
Отдавна съм разработил термина "комфортен звук" за себе си. Ако някога съм мислил, че колкото по-нисък е THD, толкова е по-удобно - не. Точно обратното. Може би други не го правят. Това вероятно обяснява любовта на хората към лампите в усилвателите. Лампите добавят свои собствени хармоници към сигнала, а ниските разряди, като по-чуваеми, по този начин хармонизират звука.Самият аз преминах към камъни в усилватели, прекомерна „хармонизация“ в сравнение с камъни, изгубени в очите ми.
Истината все още е някъде там.
Обща сума:
1. Все още имам да извървя дълъг път преди чудовищата на ca-building.2. Качеството на звука на DAC се влияе най-много от аналоговата част. Тъй като токът на изхода Delta-Sigma е по-голям, отколкото в Multibit DAC, режимът на работа на операционния усилвател в етапа на преобразувателя на ток / напрежение ще бъде различен, ще има по-малко шум и смущения. Типът операционен усилвател също е важен, но това все още трябва да се реши.
3. Захранване и окабеляване. Зависи от шума и т.н. Въпреки че звучи страхотно. Според лично наблюдение, ако нямате безехова камера у дома, тогава този параметър не е толкова важен. През лятото през полуотворения прозорец чувам шума и писъците на децата от улицата, въпреки че седя в слушалки.
За какъв шум -90 dB може да говорим?
Ако пъхнете ухото си в пищяла в пауза и увеличите звука на максимум, можете да чуете лек шум. Без 50/100Hz бръмчене. Икономия на енергия, компютри, евтини DVD-та, WI-FI, GPRS, GPS и други S, които никой няма да отмени, или в поле, където най-близкият електропровод е на 5-10 км. Но това е за заядлите...
4. Ниски THD делти - некомфортен звук. Е, не мога да се насиля да го слушам, ако PCM58 работи паралелно с него и превключването на два DAC-а е с едно щракване на селектора на лимита. Не превключвам.
5. Ако ти трябва THD като в дейташита, по-добре си купи готов от гуру или от известен производител. Доста трудно е сами да подготвите число с няколко нули, а понякога е невъзможно у дома, ако нямате производствена линия за многослоен PP в сутерена или съсед го прави чисто случайно. Ако не е нужно, направете го сами - интересно е!
За тези, които се чудят какъв е DAC на PCM1700
Веригата е подобна на DAC на PCM58. Добавена е възможност за работа от четири входа. SPDIF коаксиален, SPDIF оптичен, I2S, I2S главен/подчинен за работа с EDEL. Мултиплексиране на входове на SN74LVC1G125. Пълна доказана поддръжка 24*192.Пълна галванична изолация на I2S входове чрез ADuM1400 и IL715. SPDIF приемник AK4113. Тъй като AK4113 не може да регенерира часовник над 128fs в режим 192kHz, неговият часовник не се използва и данните се обработват в SRC4192 с външен часовник от TCXO на 40.000MHz.
Реклок за три честоти - синхронна на 24.576000 MHz, 22.579400 MHz и асинхронна на 40.000000 MHz.Хоби радиоелектроника.
Бях отвлечен от желязото от ранно детство, което причини много проблеми на родителите ми.
Не ме заведоха в радио кръга в 4-ти клас, защото. още не се преподаваше физика в училище (такива бяха правилата).
Сега ремонтирам и настройвам компютри, в свободното си време запоявам нещо или сглобявам и разглобявам :)
Читателски вот
