Универсальный ЦАП на три источника на базе пары PCM1794.
Когда берешься за изготовление очередного устройства, всегда задаешься вопросом – где и как оно планируется к использованию? Как то я притащился на дачу, в надежде вечерком раскачать мои старые АС, и при этом не слышать витиеватых высказываний соседей в свой адрес, но планы мои были порушены в корне. В пылу сборов я не заметил, что ЦАП то я с собой взял, но без шнура I2S. Зато на компе имелся выход SPDIF, был даже шнур SPDIF, но у ЦАП не было такого входа.
Сетевое оборудование конструкцией не было предусмотрено, поэтому даже старенького патчкорда не нашлось… Ну что за идиотизм, подумалось мне? Сам же создал это чудище, и сам не могу его использовать в любом месте! Надо подумать над созданием чего-то универсального по входам и выходам. Первый мой удачный проект был логическим продолжением описанного на Датагоре ЦАПа на PCM58 и PCM63. Даже большая часть узлов и кусков разводки платы была перенесена в новое железо.
Содержание / Contents
- 1 Техническое задание было простое, как табурет:
- 2 Схема
- 3 Далее модули I2S:
- 4 Модуль ЦАП
- 5 Индикация
- 6 А теперь надо делать корпус. И слушать
- 7 Платы и схемы
Я как то уже пробовал делать пару входов на один ЦАП – I2S и SPDIF. Но там имелся ряд ограничений. Ресивер DIR9001 не позволял работать от SPDIF с форматом выше 24х96, и то, спотыкаясь через раз. Хотелось бы расширить диапазон используемых форматов.
К тому же, давно и продуктивно, у меня на полке пылились несколько моих ранних «поделок», одну из которых было решено разобрать и пустить в дело.
↑ Техническое задание было простое, как табурет:
1. Поддержка входных форматов до 24 бит 192 кГц, включительно. 2. Работа с источниками SPDIF, I2S. 3. При работе от источника I2S была возможность тактирования от внешнего и от внутреннего тактового генератора. 4. Простота коммутации входов. 5. Опционально – индикация частоты семплов.
От последнего пункта в процессе работы пришлось отказаться по ряду причин. Сама по себе процедура индикации довольно проста, достаточно измерять частоту сигнала LRCK и выводить это на дисплей. Но… надо дисплей, контроллер или частотомер на контроллере, отдельное питание для всего этого, возможно еще и экранирование и борьба с лишними шумами, которых и так хватает… В общем, оно вроде как хочется, но особо и не надо.
Результат меня вполне устроил, но, к сожалению, в процессе работы я мало уделял внимание документированию всех своих шагов, схему не рисовал, поэтому описать это устройство я смогу только на словах.
↑ Схема
Но зато вторую версию я уже делал сознательно. Захотелось поэкспериментировать с разными ЦАП, но уже Delta-sigma архитектуры. Давно лежащая без применения на полке пара «старых» дельт добавляла оптимизма. Все-таки интересно, что получится.
Архитектура железки выбиралась на ходу, отсекалось лишнее, добавлялось новое. Итак. Планируется три входа, точнее четыре.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
С выходов мультиплексоров сигналы поступают на вход ресемплера SRC4192. Это нужно, чтоб получить поддержку форматов до 24 бит 192 кГц при использовании ЦАП, не имеющих таковой или требующих ее принудительного включения. Некоторый начальный опыт работы с ним я имею, поэтому ставлю не думая. После ресемплера сигнал поступает на ЦАП, причем, так как планируется использование PCM1794А в моно режиме, то на каждый канал сигналы дублируются. ЦАП установлены на съемном модуле, чтоб можно было менять модуль с другим ЦАП за короткое время.
Выхлоп также съемный, можно использовать разные варианты. На плате размещены тактовые генераторы для MCLK. В процессе разводки платы добавлен делитель частоты отдельно для SRC и ЦАП. Как оказалось, не зря.
Схема основной платы выше, а вот схема модуля SPDIF
.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
В качестве приемника применен AK4113. Причины его выбора вполне логичны. Он был у меня. У него поддержка 24х192.
Цифровой фильтр.
В схеме используется цифровой фильтр фирмы Burr-Brown — микросхема DF1704. Его основные характеристики:
- работает с частотой дискретизации 32-96 кГц;
- может быть использован в качестве режекторного фильтра с затуханием 115 дБ;
- разрядность входных данных: 16/20/24 бит;
- разрядность выходных данных: 16/18/20/24 бит;
- обеспечивает автоматическое определение тактовой частоты;
- реализует режим «MUTE» (приглушение);
- обеспечивает цифровой деэмпфазис;
- может выполнять функцию цифрового аттенюатора.
Различные форматы входных и выходных данных могут быть установлены как аппаратными, так и программными средствами. В нашем ЦАП режимы устанавливаются аппаратно, так как они не меняются в ходе эксплуатации устройства. Различные DIP-переключатели, расположенные на плате устройства, потребуется установить в необходимые положения только один раз. При этом остаётся возможность оперативно изменять режимы работы фильтра при проведении измерений или изменении конфигурации устройства.
Стоит обратить внимание, что все измерения приведённые в этой статье выполнены при установке конфигурации фильтра «по умолчанию».
Единственным плюсом при программной конфигурации является возможность регулировки громкости с диапазоном в 256 шагов по 0,5 дБ для каждого канала.
Пожалуй, самой важной настройкой цифрового фильтра является формат принимаемых данных, то есть, I2S.
DIP-переключатель S2 имеет четыре группы контактов и конфигурирует порты 11-13, которые имеют двойные функции. Если на выводе 10 установлен высокий уровень, то фильтр переходит в режим программного управления и выводам 11-13 соответствуют обозначения MD, MC, и ML. В данной конструкции этот режим не используется, однако при необходимости переключатель S2 можно заменить разъёмом и через него управлять режимами фильтра посредством микроконтроллера.
Выводы 10-13 имеют внутренние «подтягивающие» резисторы, поэтому для установки низкого уровня достаточно замыкания выводов на общую шину. Для установки режима аппаратной конфигурации фильтра необходимо замкнуть 1-S2 для установки низкого уровня на выводе 10. Вывод 13 в таком режиме не используется. Вывод 12 (LRIP) определяет уровни для раздельной передачи данных для каждого канала. В режиме I2S такая конфигурация не требуется.
Вывод 11 (СКО) определяет частоту сигнала на выводе 9 (CLKO), которая может быть равна тактовой XTI или в два раза меньше XTI/2. В данном ЦАП не используется.
Можно подключить кварцевый генератор к контактам XT1 и XT0, но это бессмысленно, так как тактовая частота XTI обеспечивается высокоточным задающим генератором (МСК) в IC1 с платы цифрового приёмника. Сигнал XTI может иметь ряд значений: 256Fs, 384Fs, 512Fs и 768Fs. Его максимальное значение для 512Fs при частоте дискретизации 96 кГц составляет 49,152 МГц. Частота кварцевого генератора в блоке приёмника составляет 24,576 МГц. На самом деле, при256Fs и частоте дискретизации 96 кГц производитель советует использовать внешний тактовый генератора для XTI.
Тактовый сигнал BCKIN может быть равен 32Fs, 48Fs или 64Fs, в то время как LRCIN, конечно, всегда равен Fs.
Формат входных данных должен соответствовать данным на выходе цифрового приёмника. Так как ЦАП должен понимать сигнал и с проигрывателя CD-дисков, и с DVD- проигрывателя, то мы работаем в формате 24 бит / 96 кГц. Этот режим определяется уровнем на выводе MSB.
Различные форматы входных данных определяются уровнями на входах IW0 и IW1, и I2S (то есть на выводах 3, 4 и 5) и задаются соответствующими контактами переключателя S3.
Формат выходных данных определяется уровнями на выводах OW0 и OW1 и также задаются DIP-переключателем S3.
Встроенный фильтр обеспечивает подавление цифрового «звона» в полосе пропускания, но может подрезать полезный сигнал. Поэтому производитель не рекомендует использовать фильтр при частотах дискретизации выше 96 кГц. Вход СРО (вывод 27) определяет включение-выключение фильтра. Его уровень устанавливает контакт 8 переключателя S3, который чаще всего будет находиться в положении «Выключено».
Так как диски, записанные с предискажениями, встречаются крайне редко, то режим деэмпфазиса включается принудительно, заданием соответствующих уровней на выводах SF0 и SF1 посредством переключателя S3.
Все входы, которые коммутируются с помощью переключателя S3, имеют внутренние резисторы, что делает возможной прямую коммутацию на шину питания +5В.
Сигнал «MUTE» формируется микросхемой приёмника IC1 на выводе сигнала ошибки ERF. Когда уровень сигнала «MUTE» низкий, цифровой фильтр переводится в режим приглушения (все выходы в низком состоянии) и деактивируется реле, отключающие выход ЦПА.
Микросхема DF1704 имеет схему внутреннего сброса при включении питания, а также вход сброса. Внутренний сброс длится 1024 такта после подачи напряжения питания, при этом все выходы находятся в состоянии «0». Аналогично осуществляется сброс при подаче высокого уровня на вывод RST.
↑ Далее модули I2S:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
В обычном I2S модуле я применил IL715. Она по цоколевке такая же как Adum1400, но менее подвержена помехам на длинном патчкорде. Я не знаю, с чем это связано, но что IL715 оказалась стабильнее Adum14хх – факт. Сервисные сигналы от источника и к источнику изначально планировались как на схеме.
Adum1401C имеет четыре канала: три в одну сторону, один в другую. Грубо говоря, три входа и один выход. Выход используется для передачи клока на источник из ЦАП, но так как по этому же интерфейсу надо передавать клок и от источника в режиме «slave», то одного канала не хватает, поэтому для передачи самого низкочастотного сигнала LRCK использован один канал Adum1400A, которая может передавать данные от DC до 1 мГц. Вообще сервисные сигналы проще передавать через оптопары, там статика кругом, но так как у меня были уже Adum1400А – я их и запихал…
Вообще то, история появления у меня развязок Adum1400 с индексом А довольно тривиальна. Мне ж было лень читать даташит. Я ж на картинку поглядел. И на ценник. Индекс «А» – сильно дешевле. Ну я и пожадничал… А когда уже заказал, то червячок сомнений начал меня покусывать. Глянул ТТХ – и понял, что сам себя наказал… Кроме LRCK я ничего через них не протащу. Так и оказалось…
Но зато нашлось им применение как передатчики логического уровня.
«Внешняя» сторона развязок запитана от малогабаритного DC\DC конвертера F0505M-1W фирмы Mornsun. Удобная вещь. Вот они, черные «кирпичики» на платах.
А вот вид снизу.
Тут справа видно «сопли», которые я ваял уже после сборки. История такова, что от Adum1401 в результате пришлось отказаться. Или из-за брака, или из-за моих кривых рук, у них нестабильно работал канал передачи MCLK на выход. То есть на вход все отлично, а на выход через раз и то после прогрева через несколько минут. В результате пришлось переделывать ПП и ставить на выход отдельную Adum1100. Но это еще не все. Я говорил выше, что один из сигналов, сигнал LRCK, у меня был заведен через развязку с индексом А. Так вот, схема оказалась неработоспособна выше 24Ч96. Треск, выпадения и прочее.
Грешил на «полуживую» Adum1401C, запаял вместо нее проверенную IL715 – такая же история! Осцилл кажет сигнал, а ЦАП не поеть! Но у меня в IL715 остался неиспользованный канал, и пришлось LRCK переносить на него. Тогда все запело. Разводку исправил, но плату переделывать не стал. Видимо задержки переключения у разных индексов Adum разные, поэтому и шли сбои.
Модули крепятся на основную плату с помощью стоек. Тут важна прочность, чтоб от передергивания входных разъемов не погнуть штыри.
Снизу, под платой, размещены мультиплексоры sn74lvc1g125.
Они удобны тем, что разводка платы сильно упрощается. На каждую линию данных отдельный корпус. Я представил себе, как бы я разводил плату под 74АС125 – ужас…
Выбранный мультиплексором цифровой поток идет на ресемплер SRC4192. Эта штучка интересна тем, что ей все пофиг. Да, формулировка именно такая. Она подорвала мои представления о принципах работы ЦАП.
Она способна работать с тактовой частотой до 50 мгц (реально пробовал на 40), причем никак не кратной сетке 44000 или 48000. Отконфигурировав ее выходной порт как мастер, ее можно кормить любым форматом данных вплоть до 24х192, при этом сетка на выходе будет неизменна и кратна тактовой частоте самой SRC! :yes: Естественно при этом сам ЦАП надо тактировать той же частотой, что и SRC или кратной ей.
Например, вот измеренные значения клоков для двух режимов, на вскидку: Выходной порт мастер*256 fs MCLK- 24.576 МГц BCK – 6.144 Мгц LRCK – 96.000 КГц А вот для некратной сетки: Выходной порт мастер*512 fs MCLK/2 – 20.000 Мгц (используется делитель) BCK – 5.000 Мгц LRCK – 78.152 Кгц То есть никак не пересекается с известными нам частотами семплов! ЦАП при этом работает как обычно. Вообще режимов там много и вариантов конфигураций тоже.
Если заглянуть в даташит любого ресивера, то можно обратить внимание, что от формата входных данных зависит тактовая частота, которую восстанавливает ресивер. И если для 44.1 и 48 кгц при одинаковых настройках ресивера будет нормальная частота, например 22579200 Гц и 24576000 Гц, то для 176.2 и 192кГц мастеклока будет явно не хватать! Выход тут такой – или менять настройку PLL ресвера в зависимости от входного потока или… откзаться от MCLK вообще при работе от SPDIF! Что в принципе я и сделал. Если включить режим «SPDIF» на селекторе, то схема принудительно подключит генератор «не кратной” частоты. А линию MCLK от AK4113 можно смело отрезать – она не нужна…
Если кто-то считает, что применение ресемплера портит звук – то может быть, спорить не буду. Я не заметил. Да и применяется он в изделиях далеко не последних фирм на рынке.
Распределением сеток частот рулит схема на рассыпной логике. Там применяются в разных сочетаниях sn74lvc1g125, sn74lvc1g126 и sn74lvc1g04. 125 от 126 отличается только уровнем сигнала разрешения работы, то есть 0 или 1. 04 – обычный инвертор, аналог 74АС04, но один на корпус.
Логика занята тем, что включает нужный генератор при работе от разных источников, меняет сетку частот по команде источника или селектора. В общем ПЛИС я пока не освоил – накидал на рассыпухе… Колхоз конечно – зато работает.
Между SRC и модулем ЦАП стоит защелка на 74AC573. Так как реклока тут нет, а выходы SRC4192 довольно слабенькие (сам проверил ценой одной штуки), то защелка является просто буфером…
Цифровая революция сделала музыку легкодоступной. Благодаря удобству и впечатляющему качеству звука цифровых музыкальных файлов на компьютере, множество аудиофилов рассматривают свой ПК или ноутбук как основной источник аудиосигнала.
Подключенный к компьютеру dac215 будет обрабатывать аудиоданные с максимальной дискретизацией по амплитуде и частоте, при этом качество воспроизведения будет зависеть только от исходного качества самих аудиоданных.
Цифро-Аналоговый Преобразователь
Сердцем dac215 служит превосходный цифро-аналоговый преобразователь с множеством S/PDIF входов и поддержкой PCM/DSD сигналов, построенный на микросхеме ES9018 Reference 32-bit DAC по конфигурации quad-mono , т.е. 8 моноканалов превращаются в 2 стерео. При комбинировании четырех синфазных и четырех противофазных конвертера на канал, статистические свойства сигналов улучшаются; коррелирующие мощности сигналов фаз впоследствии складываются, в то время, как мощность шумов не коррелирует в фазах – таким образом улучшается соотношение сигнал/шум результирующей аналоговой формы сигнала.
Реализация USB входа у DAC215 одна из наиболее продвинутых в настоящее время, она включает в себя стандарты USB 2.0 PCM 24/32 Бит вплоть до 384 кГц, DSD64, более высокую дискретизацию DSD128, а для Windows – еще и DSD256, DSD512.
Аналоговые цепи и постфильтрация
Аналоговые цепи и фильтры построены на дискретных элементах. Технология цепей class-A была позаимствована у хорошо зарекомендовавших себя CD-проигрывателей Copland и обеспечивает ошеломляющее качество звука с непринужденной подвижностью и динамикой. Вследствие повышения частоты дискретизации, уменьшается влияние помех дискретизации на выходах ЦАП-ов. Это позволяет конструировать аналоговый выходной каскады с широкой полосой пропускания и аналоговыми фильтрами низкого порядка.
Внешние интерфейсы и функционал
DAC215 имеет асинхронный USB вход, три цифровых входа S/PDIF, аналоговый вход, два аналоговых выхода class-A (линейный и регулируемый), выход на наушники на передней панели, на который работают выходные ламповые каскады class-A, а также встроенный предусилитель с аналоговой регулировкой громкости. В режиме чистого ЦАП функционал предусилителя и регулировки громкости можно отключить.
Поддержка Window XP/Vista/7/8/10, Linux, Mac OS.
Для Macs, iPhone, iPad и Linux драйверы не требуются.
↑ Модуль ЦАП
Две штуки PCM1794A, включенные в моно режим.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Джамперы возле входных ОУ отключают конденсаторы в цепи ОС, чтоб можно было воткнуть ОУ с ТОС, например AD811, который не терпит никакой емкости в таком включении.
А вот сюда оно устанавливается.
Снизу, для экономии места, размещены стабилизаторы питания цифровой и аналоговой частей ЦАП, а также соединение цифровых и аналоговых земель через бусинку – тут их даже две! Для цифровой части ЦАП имеется выбор напряжения питания 3.3В и 5В, потому-то, как оказалось, у PCM1794 оно 3.3В, а, например, у AD1955 уже 5В…
Вот так оно выглядит, когда все установлено.
Слева на плате стабилизаторы питания ЦАП, индикатора, и контрольного усилителя для наушников. Усилитель для наушников я не переделывал, тупо скопипастил с предыдущей версии. Тот же BUF634+ОУ по даташиту. Ток 30 мА.
Преобразователь ток/напряжение
Преобразователь ток-напряжение построен на операционных усилителях IC9 и IC11, к которым предъявляются особые требования:
- очень низкий собственный ток смещения,
- высокая скорость нарастания выходного напряжения,
- отличная линейность.
В конструкции применены микросхемы OPA627, которые имеют:
- ток смещения всего 10 пА (пико-Ампер),
- скорость нарастания выходного напряжения 55 В/ мкс,
- искажения всего 3 × 10-7 (0,00003%).
При входном напряжении смещения ≤ 0,5 В напряжение смещения на выходе конструкции не превышает 20 мВ. Такое, достаточно низкое значение позволяет обойтись без разделительного конденсатора на выходе, который неизбежно повлиял бы на качество звуковоспроизведения.
При выбранных значениях резисторов R25 и R26 по 2,49 кОм фактическое выходное напряжение составляет 2,1В, что немного выше стандартных 2В.
Конденсаторы С25 и С26 включены для фильтрации высокочастотных помех в выходном сигнале.
Продолжение следует…
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор», вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».
↑ Индикация
Это просто опция, красивая игрушка. Так как функционал у нее вторичный. В разобранном ЦАП стояли стрелочники, но как они работали, мне не нравилось. А LB1412 кончились на предыдущей железке, и ждать, пока приедут другие – это возможно обречь новый ЦАП на длительное лежание на полке, откуда я его только что достал. Обидно, досадно, поэтому прикрутим стрелки. Как выяснилось, нормальных „показометров“ нет. К157ДА1 был плодом отечественной промышленности, и аналогов не имеет. Интересно, что в импортных каталогах отсутствует полноценный драйвер для стрелочных индикаторов. Не ищите, „полноценного“, нормального, с логарифмической зависимостью нет. Если не использовать дефицитные логарифмические ОУ от AD. Но это будет покруче К157ДА1.
И да. У меня есть К157ДА1. Но моя неспокойная жизнь научила меня тому, что компоненты „сделанные в СССР“ могут внезапно, случайно, беспричинно, скоропостижно прекратить работать. Это конечно не касается электровакуумных приборов для обороны и космоса. Но не более того. Все остальное, включая К157ДА1, может однажды утром просто не включиться. Да, так было… Не раз… И не два. Этот печальный факт мне даже когда то давал возможность безбедной жизни… Но себе, и для себя?
Был рассмотрен оригинальный вариант показометра на контроллере от еще один max , я даже сбегал в местную „мечту телемастера“ за контроллерами, но неуверенный ответ продавца „кончились и когда будут не ясно“, на корню похоронил эту идею…
Поэтому я озадачился поиском нормальной схемы детектора. Ну как обычно. Ничего и нигде… Вполне ожидаемо… Случайно была найдена схема, которая оказалось действительно хороша, разве что у меня не нашлось ни одного германиевого диода, пришлось ткнуть кремний, но и это оказалось очень хорошо. Схема зарисована внутри основной схемы. Плата тоже получилась простой.
Этот «бутерброд» крепится на лицевую панель изнутри. Сверху показометр, снизу светодиоды режимов работы.
Когда все собрано в кучу, можно провести запуск, и немного послушать.
В принципе проблем с запуском не возникло, за исключением описанных выше проблем с развязками. Главное правильно выставить все режимы работы микросхем.
PCM1794 вообще дубовый автомат. Кушает, нет, жрет все, что ни дадут. Причем что кормить ее полным клоком, что половинным, без разницы. На слух одинаково! Но! Я же не зря делал модуль ЦАП съемным. Давно у меня лежат парочка AD1955. Еще с тех времен, как я не наигрался с PCM2704. Хотел я их запустить в двойное моно, но проблемы с конфигуратором и моя лень не давали им выбраться из коробочки и спеть мне что-нибудь… Берем тряпочку, стираем пыль, и пробуем!
Так как, в отличие от PCM1794, у AD1955 шкала выходного тока не симметрична относительно нуля, да и само значение выходного тока немного ниже, то напрямую прикрутить AD1955 к выхлопу от PCM1794 нельзя. Или придется его допиливать или делать новый. Я сделал новый. Даташитный. Правда подпорки со входов i\u не влезли без серьезной доработки ПП, пришлось их колхозить снизу.
Да и плата ЦАП получилась покомпактнее. Схему не рисовал – она есть в даташите.
Но зато 15 секунд, и у нас новый ЦАП:)
А вот здесь пригодился делитель частоты, что я предусмотрел в процессе. Дело в том, что PCM1794, как более современная, полный автомат. То есть что ей не корми – все поет. AD1955 здесь немного повыеживалась. Заработала нормально только при половинном клоке на SRC и на ней самой. Но заработала, а это результат.
↑ А теперь надо делать корпус. И слушать
На лицо выведены: индикация активного входа, режим тактирования master/slave, для master индикация сетки частот 44х/48х, готовность ASRC, инвертированный zero detect левого и правого каналов. Сигналы «Zero Detect» я поставил в инверсии, чтобы не выбиваться из общего формата. Поэтому они светятся, когда есть поток, а не наоборот.
Ну, а теперь то, чего я никогда не делал, но теперь могу делать — измерения. Но для начала маленькое отступление. Измеряем мы, по сути, только маленькую часть устройства. Аналоговую.
Тут далее полное и голимое IMHO :hi: У меня есть товарищ. Математик по образованию, программист. Unix (FreeBSD) местами разбирает побайтно. Иногда слушает музыку. С интересом рассматривает мои поделки. При рассмотрении с ним процесса передачи аудио данных с математическо-протокольной точки зрения, мы пришли к выводу, что среда передачи никак не влияет на результат D\A преобразования.
(Мне еще дали выкладки на бумаге, но у меня чуть не порвало мозг в клочья от увиденного, поэтому я здесь их не привожу) Если кто-то вам скажет, что слышит разницу между оптикой и медью на одном ресивере, внимательно на него посмотрите, это может быть плодом могучего воображения или серьезными недостатками в работе цифровой части его системы. Конечно, возможны варианты с идеальным слухом, но это единицы и никак документально не подтвержденные.
Параметры ЦАП не меняются от типа источника
— это подтверждено результатом измерений – если и есть разница, то ниже порога восприятия АЦП измерителя, а следовательно, и ушами нашими калиброванными ну никак не воспринимается. А далее безэховая камера, специальные условия и вот мы уже в другом измерении. Греть провода, размещать их по компасу – чем не забава на старости лет?
Но основной тезис: «Что было передано – должно быть принято без ошибок, или скорректировано до изначального состояния. Это цифра, и она имеет два состояния 1 и 0. Если выходные данные отличаются от входных, то это либо задумано разработчиками (всякого рода enhanser, bass buster и прочее). Либо интерфейс работает не правильно. Но тогда о каком качестве мы ведем речь?»
Как известно, в SPDIF, а тем более в I2S никакая коррекция ошибок не предусмотрена протоколом передачи, поэтому передаем все в реальном времени. Там реально, три состояния – работает/работает, но криво/вообще не работает. Но это понятно даже без приборов. Единственное, на что реально нужно обращать внимание, так это на jitter. При обработке данных в реальном времени это единственная серьезная проблема. Но у нас TCXO, а также «субординация и выслуга лет ©» Поэтому не будем этим загружаться – кому надо, welcome to special forum.
Как ни крути, основным проблемным местом в D\A преобразовании был и остается аналоговый тракт. Итак, меряем PCM1794.
В качестве фильтра-вычитателя по умолчанию установлен ОУ LT1122.
Изначально, девайс собирался с ОУ в I\U секции на LT1363. И резисторы в цепи ОС стояли как заявлено в даташите – 750 Ом. Но при попытке провести измерения, RMAA заявила, что уровень гармоник на входе карты выше нормы. (Странно, поеть то ведь прекрасно?) Опытным путем был выявлен номинал резисторов в секции I\U. От него зависит уровень THD и, что особенно важно, уровень сигнала на выходе устройства. Чем меньше сопротивление резистора в цепи ОС и ниже уровень, тем ниже THD. Наличие или отсутствие емкости в ОС, на результат измерения тоже не влияет. (Что тоже странно, они же там по даташиту нужны и должны давить ВЧ артефакты!) Меня устроил номинал 330 Ом. Ниже уже я не вписываюсь в размах на выходе при 0 dB. Вот график зависимости THD от типа ОУ.
А вот картинка с шумами.
По циферкам, самым хорошим ОУ оказался OPA627. По звуку: да все они хороши, серьезно!
Ну ладно, пихнем-ка мы в слот AD1955 и ее выхлоп. Фильтр-вычитатель OP42. Хороший, добрый, стабильный ОУ для любых применений. И вот тут картина оказалась полностью противоположна.
И меня постиг ступор. Во-первых – самым лучшим оказался AD811… Хотя в том же месте с PCM1794 его THD был настолько позорным, что я даже его не стал документировать. Зато шикарный OPA627 оказался в хвосте по всем параметрам??? Для успокоения, я ткнул в ФВЧ LT1122 – думал дело в нем – ан нет, он даже еще хуже. AD дружит с AD? Мистика?
Спектр шумов.
В общем на данном этапе у меня больше вопросов, чем ответов. Почему то, что хорошо для PCM1794, уже не хорошо для AD1955? Почему так странно себя ведет AD811?
Хотя закономерность понятна. Чем выше Ку для каскада I\U, тем выше возможность перегрузки входного каскада ОУ высокочастотными артефактами. Надо пилить выхлоп, пилить как по шумам, так и по THD.
При этом звучат они все… ну как сказать? Сказать про звук сложно, но характер звучания узнаваем, все же Delta-sigma поет несколько иначе. И, что самое интересное, что нет такого явного различия звука двух конкурентов, как это заметно у AD1862 и PCM63, к примеру.
Если вы обратили внимание, я всю дорогу обхожу тему питания. Все просто. БП тут с предыдущей конструкции, причем, как оказалось, и не требовалась развязка по земле между цифрой и аналогом. Как раз наоборот. Та бусина, что стоит под платой ЦАП, конечно же нужна, но, чтоб убрать помехи от цифры, пришлось соединить земли еще и на самом БП. И с корпусом соединить схему на плате БП. Только тогда удалось избавиться полностью от шума от цифры.
А теперь, можно ставить аппарат на прослушивание и использовать смело с разными источниками. Смена модулей ЦАП – откручиваются 6 болтов, снимается верх, меняются модули, переставляется перемычка на 3.3 или 5В, если это необходимо, затем одевается верх, закручиваются 6 болтов и все. Можно слушать дальше. Процедура занимает около минуты времени. Другие микросхемы ЦАП сюда пока не прикручивал, потому как просто нет ничего в наличии, кроме CS4396, но что-то мне подсказывает, что я могу потратить время зря.
Но может позже закажу что-нибудь современное и попробую — «макетка» то уже есть, а модуль сделать – дело нескольких часов.
Ах, да, чуть не забыл!
Кто то наверняка захочет спросить: «Почему все основные микрухи стоят на переходниках? Будь мужиком [email protected]#$%, впаяй их на плату!» И этому есть объяснение. Конструкция создавалась не просто как ЦАП для слушания, но и как полигон. Поэтому любая серьезная ошибка повлечет за собой переделку платы и перепайку всех компонентов. И если простые 125е или 126е не жалко, то более сложные уже опасно часто дергать туда сюда. Таким нехитрым образом я потерял одну из двух PCM1704 с грейдом «К», которая после четвертой перепайки просто тихо померла. Знал бы, припаял бы на переходник с самого начала. Теперь у меня всего одна PCM1704, да и та 4 раза паяная… Да и не любитель я SMD на платах по технологии ЛУТ. Так что выбор мой наверное вполне обоснован…
ЦАП-предусилитель/усилитель мощности T+A DAC8 / T+A Amp 8 — ВЕЛИКОЛЕПНАЯ ВОСЬМЕРКА
Веским доказательством того, что главным носителем аудиоданных становится компьютер или сервер, а не оптические диски, можно считать появление системы типа «ЦАП — мощник» в классе High End, самом консервативном и трудно поддающемся влиянию моды.
T+A DAC8 / T+A AMP8 145 400 / 128100 Р
На вопрос, какой производитель наиболее точно иллюстрирует германский подход к созданию High-End-электроники, мы без колебаний отвечаем: Т+А. С 1978 года, т.е. более 35 лет, эта сравнительно небольшая компания (расположена в Герфорде, земля Восточная Вестфалия) собственными силами разрабатывает и выпускает AV-компоненты для самых взыскательных покупателей, опираясь на бескомпромиссные схемотехнические решения. От начала работ над новой моделью до появления серийного образца зачастую проходит не один год, но и служит такой аппарат десятилетия, радуя владельца безупречным качеством. Иными словами, если Т+А пополнила свой арсенал устройством для воспроизведения аудиофайлов с компьютера, значит, цифровая революция неотвратима.
В конструкции DAC 8 воплощен более чем 20-летний опыт фирмы по созданию цифровых аудиокомпонентов непревзойденного качества (достаточно вспомнить выпущенный в середине 90-х ЦАП-предусилитель PreDA 3000 AC, уникальный для своего времени). В результате появился универсальный аппарат — не просто внешняя звуковая карта для компьютера, но устройство, способное превратить цифровые аудиоданные любого вида в аналоговый сигнал, отвечающий самым высоким стандартам. При этом инженеры не забывали об эргономике и дизайне.
DAC 8, равно как и AMP 8, — компактные устройства одинаковых габаритов. Основание представляет собой квадрат со стороной всего 270 мм, высота составляет 95 мм. Корпуса полностью алюминиевые, причем верхняя и нижняя крышки выполнены из 6-мм плиты, а боковые стенки и фасад — из профиля, отлитого под давлением. Полученный таким образом жесткий корпус установлен на ножки-демпферы. Передние панели можно назвать образцами утилитарности. На фасаде ЦАПа лишь матричный дисплей, восемь кнопок выбора входов и вида цифровой фильтрации плюс еще две, образующие регулятор громкости, а также «телефонный» выход 6,3 мм. «Лицо» усилителя украшают три светодиода — нет даже кнопки включения. Она располагается на тыловой панели, рядом с гнездом сетевого кабеля и двумя парами высококачественных винтовых клемм для громкоговорителей. Подключить DAC 8 можно как по несимметричной, так и по балансной шине. ЦАП, помимо соответствующих (RCA и XLR) выходов, имеет пять коаксиальных (4xRCA и 1xBNC), оптический (Toslink) и балансный (AES/EBU) входы цифрового аудио и один коаксиальный выход, сопротивление которого составляет всего 22 Ом. Разумеется, есть и вход USB B.
О серьезности намерений разработчиков также свидетельствует наличие раздельных блоков питания для аналоговых и цифровых цепей ЦАПа. Уровень сигнала на выходах регулируется посредством сложной аналоговой схемы, позволяющей сохранить динамику звучания даже на низкой громкости. При желании регулятор можно отключить, задействовав два реле с позолоченными контактами.
Все входы, кроме оптического, принимают сигнал размерностью до 24/192 (Toslink читает данные не выше 24/96). Вход USB работает в режиме USB Audio Class 1 с сигналом до 24/96 или в режиме USB Audio Class 2 (воспринимается сигнал до 24/192), при этом можно выбрать синхронный или асинхронный, требующий установки на ПК специального драйвера вариант работы.
Цифроаналоговое преобразование осуществляют восемь 32-битных ЦАПов Burr-Brown, функционирующих в двойной симметричной цепи. Такое решение позволяет компенсировать любую нелинейность при обработке, а уровень фонового шума снизить на 6 дБ. Передискретизацию выполняет 56-битный процессор по алгоритмам, разработанным Т+А специально для данной схемы, что снижает джиттер. Для борьбы с ним приняты и другие действенные меры (специалисты фирмы прекрасно понимали, что цифровой сигнал на DAC 8 будет поступать главным образом с компьютера — устройства, отнюдь не аудиофильского). Сигнал преобразуется в два этапа. Сначала из полученного потока выделяются собственно аудиоданные и обрабатываются цепью PLL (фазовой автоподстройки частоты), дабы избавить их от грубых временных ошибок. Затем данные анализируются специальным микропроцессором, и если они отвечают заданным критериям по частоте и стабильности, ЦАПы DAC 8 переводятся на работу по собственным чрезвычайно точным синхроимпульсам. (Генератор последних полностью независим от источника сигналов, что сводит к нулю джиттер, создаваемый компьютером и получающийся при передаче сигнала. Синхроимпульсы формируются двумя кварцевыми излучателями — один выдает сигнал для файлов с частотой дискретизации 44,1/88,2/176,4 кГц, второй — для файлов 48/96/192 кГц.) Если же входной поток не соответствует вышеупомянутым критериям, он вновь проходит PLL-обработку, и остаточный джиттер уменьшается в 4 раза.
Цифровая фильтрация проводится посредством преобразований Безье, а также при помощи FIR-фильтров — стандартного и с крутым спадом характеристики. Выбрать желаемую фильтрацию можно с передней панели ЦАПа или с пульта ДУ.
Есть возможность инвертировать фазу входного сигнала или расширить полосу пропускания выходного сигнала (до 120 кГц).
Аналоговые цепи, гальванически развязанные от цифровых, собраны на дискретных элементах без использования операционных усилителей. Линейность их характеристик обеспечивается не большой глубиной обратной связи, а высоким качеством комплектующих.
В основе схемы мощника AMP 8 лежат решения, использованные в аппарате РА 3000 НУ. Входной каскад представляет собой каскодный усилитель J-FET с перекрестной связью, а напряжение усиливает FET-каскод Хоксфорда, работающий в классе А. В выходном каскаде, отвечающем за усиление по току, стоят высококлассные транзисторы ThermalTrak со стабильными характеристиками и высоким быстродействием.
Усилители по напряжению и по току полностью независимы друг от друга; они даже питаются от отдельных источников. Это позволяет исключить влияние обратной связи через громкоговорители на усилители по напряжению, что значительно улучшает качество звучания. Каскады усилителя имеют высокую линейность и широкую полосу пропускания, поэтому не требуют обратной связи большой глубины, а диапазон рабочих частот доходит до 200 кГц. В схеме используются тщательно подобранные компоненты аудиофильского качества, в т.ч. немагнитные резисторы Vishay и заказные конденсаторы WIMA и ELNA. Источник питания рассчитан на работу с экстремальными нагрузками. Его тороидальный трансформатор отдает до 400 Вт при минимальных токах утечки, что позволяет раскачать практически любую акустику.
Прослушивание системы превратилось в многочасовой марафон — необходимо было выявить, как влияют на звучание цифровые фильтры. Разумеется, без риска показаться пристрастным нельзя выдавать субъективные впечатления за нечто абсолютное, но все же… По нашему мнению, для записей, изначально сделанных в высоком разрешении, лучше всего подходит фильтр BEZ 1. Фильтр BEZ 2 чрезмерно повышает интенсивность баса, однако эта же особенность благотворно сказывается на звучании попсовых треков начала 70-х, записанных излишне «сухо» (характерный пример — альбомы шотландской группы Middle Of The Road, вышедшие на фирме RCA). Прослушивая CD-рипы в нативном разрешении 16 бит/44,1 кГц, эксперты отметили, что фильтр FIR 1 придает басу дополнительную упругость, а образам — четкие очертания, в то время, как FIR 2, несколько снижая динамику трека, усиливает ощущение глубины звуковой сцены.
Расширение полосы пропускания DAC 8 делало звучание несколько более раскованным. Что касается мощника, то ему нужно поставить высший балл за достоверность передачи материала любого жанра.
Главным достоинством High End-аппаратуры мы считаем деликатность — стремление оставить слушателя наедине с музыкой. Этим свойством данный комплект наделен в полной мере.
КОММЕНТАРИЙ
Амплитудно-частотная характеристика ЦАПа измерялась при расширенной полосе пропускания и цифровом фильтре BEZ 2, который вызывает спад амплитуды с 8 кГц (если его задействовать, то на ВЧ будет наблюдаться не уменьшение, а рост сигнала примерно на 0,7 дБ на 15 кГц). Дисбаланс каналов ничтожен, КНИ также очень мал на всех частотах (максимальная величина больше опорной на 1 кГц всего в 3,5 раза). Отлично выглядит спектр выходного сигнала: «коврик», не имеющий следов паразитных гармоник, располагается на уровне -90 дБ. АЧХ усилителя — классическая для аналоговой схемы. Амплитуда выходного сигнала начинает снижаться на частотах выше 20 кГц, и к 95 кГц завал достигает 9 дБ. Измеренная мощность превосходит паспортную почти в 1,5 раза, так что в стереорежиме усилитель обеспечит порядка 90 Вт/ кан. Вкупе с довольно значительным коэффициентом демпфирования это свидетельствует о том, что AMP 8 способен работать даже с напольными колонками.
По материалам издания Stereo&Video текст Вячеслав Саввов