Проект за USB звукова карта Високо качество. 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.
За да използвате тези функции, не се нуждаете от доп софтуерили драйвери, всичко работи веднага след свързване на PCM2706 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 100uF - 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
Игор ГУСЕВ, Андрей МАРКИТАНОВ
Гаврила беше аудиофил,
Gavrila DAC създаде ...
Наистина, защо не направим DAC със собствените си ръце? Необходимо ли е изобщо? Разбира се! 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 любимо 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 максимално, да донесе повече бутони с многофункционален индикатор към предния панел и т.н., в противен случай строги 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 Signalbus)- 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 по подобен начин 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 мулти-битови PCM63 многобитови чипове на Burr-Brown за $96 или по-нови PCM1702, които се използват широко в High End, 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 пакет (по-добре е да се опитате да намерите DIP опция, това значително ще улесни инсталацията). Този DAC се използва в известен моделПлейърът Meridian 508.24 и Crystal все още се смятат за най-добрите. 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 филмът K77, K71, K73 също е подходящ (изброени в низходящ ред по приоритет). 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 (маркирани с иконата GND) се правят най-добре в една точка, например на щифт 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 захранващите изводи 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 неблагоприятно 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 се справим с този проблем Специално внимание. 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 нашите захранващи 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 осцилационен процес, върху който се наслагват новопостъпили смущения и в резултат изходно напрежениепостоянно подскача нагоре-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 можете да използвате схемата на фиг. 2 като начало, тя ще осигури Първо нивокачество 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. AT последно времете започнаха да бъдат изоставени, тъй като компетентен аналогов филтър ефективно потиска високочестотния шум и няма толкова пагубен ефект върху музикалността. Точно това е направено в DAC 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 удари 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 вериги е доста висок и с креативното изпълнение на горните препоръки крайните резултати не трябва да ви разочароват. Желаем Ви успех!
Въпроси от дизайнера на схемата
Най-простият цифрово-аналогов преобразувател (DAC) е еднобитов преобразувател. Един прост ограничителен усилвател може да служи като такъв DAC, който може да се използва като. CMOS технологията е особено подходяща, тъй като при тази технология изходните токове на единица и нула са равни. такъв цифрово-аналогов преобразувател е показан на фигура 1.
Снимка 1. електрическа схемаеднобитов цифрово-аналогов преобразувател (DAC)
Еднобитов ЦАП преобразува знака на число в аналогова форма. За цифрово-аналогово преобразуване при много висока честота на дискретизация, многократно по-висока от честотата на Котелников, такъв преобразувател е напълно достатъчен, но в повечето случаи се изисква по-голям брой битове за висококачествено цифрово-към- аналогово преобразуване. Известно е, че двоично число се описва със следната формула:
(1)За да преобразувате цифров двоичен код в напрежение, можете да използвате тази формула директно, тоест да използвате аналогов суматор. Токовете ще се задават с помощта на резистори. Ако резисторите се различават един от друг два пъти, тогава токовете също ще се подчиняват на двоичния закон, както е показано във формула (1). Ако на изхода на регистъра присъства логическа единица, тогава тя ще бъде преобразувана в ток, съответстващ на двоична цифра с помощта на резистор. В този случай напрежението ще работи като цифрово-аналогов преобразувател. Схемата на ЦАП, работещ по описания принцип, е показана на фигура 2.
Фигура 2. Схематична диаграма на четирибитов цифрово-аналогов преобразувател със сумиране на тегловни токове
Във веригата, показана на фигура 2, потенциалът на втория изход е нула. Това се осигурява от паралелна отрицателна обратна връзка, която намалява входния импеданс на операционния усилвател. Коефициентът на предаване се избира с помощта на резистор, свързан от изхода към входа на операционния усилвател. Ако се изисква единично усилване, тогава това съпротивление трябва да бъде равно на паралелното съпротивление на всички резистори, свързани към изходите на паралелния регистър. В описаното устройство токът от нисък порядък ще бъде осем пъти по-малък от тока от висок порядък. За да се намали влиянието на входните токове на реален операционен усилвател, между неговия неинвертиращ вход и общия проводник се свързва резистор със съпротивление, равно на паралелното свързване на всички останали резистори.
Като се има предвид, че на изхода на всички битове на регистъра има или нулево напрежение, или равно на захранващото напрежение, напрежението на изхода на операционния усилвател ще работи в диапазона от нула до минус захранващото напрежение. Това не винаги е удобно. Ако искате устройството да работи от един източник на захранване, тогава трябва да го промените малко. За целта прилагаме напрежение, равно на половината от захранването към неинвертиращия вход на операционния усилвател. Може да се получи от резистивен делител на напрежение. Нулевият ток и единичният ток на изходния етап на регистъра в новата схема трябва да съвпадат. Тогава на изхода на операционния усилвател напрежението ще варира в диапазона от нула до захранващото напрежение. Диаграма на цифрово-аналогов преобразувател с едно захранване е показана на фигура 3.
Фигура 3. D/A преобразувател с едно захранване
В схемата, показана на фигура 3, стабилността на изходния ток и напрежение се осигурява от стабилността на захранващото напрежение на паралелния регистър. Обикновено обаче захранващото напрежение на цифровите схеми е много шумно. Този шум ще присъства и в изходния сигнал. В многобитов цифрово-аналогов преобразувател това е нежелателно, така че неговите изходни ключове се захранват от много стабилен нисък шум. В момента такива микросхеми се произвеждат от редица компании. Примерите включват ADR4520 от Analog Devices или MAX6220_25 от Maxim Integrated.
При производството на многобитови цифрово-аналогови преобразуватели е необходимо да се произвеждат резистори с висока точност. Преди това се постигаше чрез резистори за лазерно регулиране. В момента като източници на ток обикновено не се използват резистори, а генератори на ток, базирани на транзистори с полеви ефекти. Използването на транзистори с полеви ефекти може значително да намали размера на DAC чипа. В този случай, за да се увеличи тока, транзисторите са свързани паралелно. Това позволява да се постигне висока точност на съответствието на токовете с бинарния закон ( аз 0 , 2аз 0 , 4аз 0 , 8аз 0 и т.н.). Висока скорост на преобразуване се постига с ниско съпротивление на натоварване. Схемата на преобразувателя на цифров код към изходния ток, работещ съгласно описания принцип, е показана на фигура 4.
Фигура 4. Вътрешна схема на ЦАП със сумиране на тока
Естествено, електронните ключове, показани на фигура 4, също са транзистори с полеви ефекти. Ако обаче ги покажете на диаграмата, тогава можете да се объркате къде е ключът и къде е генераторът на ток. Тъй като транзисторът с полеви ефекти може едновременно да работи като генератор на ток и електронен ключ, те често се комбинират и двоичният закон се формира, като се използва, както е показано на фигура 5.
Фигура 5. Вътрешна верига на ЦАП със сумиране на еднакви токове
Пример за IC, който използва решение за текуща сума, е AD7945 DAC. При него сумирането на токове се използва за формиране на най-значимите битове. За да работите с цифри от нисък порядък, . Операционен усилвател обикновено се използва за преобразуване на изходния ток в напрежение, но неговата скорост на нарастване оказва значително влияние върху скоростта на цифрово-аналоговия преобразувател като цяло. Следователно веригата DAC на оп-усилвател се използва само в приложения с висока честотна лента, като преобразуване на аудио или телевизионен сигнал.
Фигура 6. Напрежение на двоичен код на цифрово-аналогов преобразувател
Литература:
Заедно със статията "Цифрово-аналогови преобразуватели (DAC) със сумиране на токове" те гласят:
http://website/digital/R2R/
http://website/digital/sigmaadc.php
DAC- цифрово-аналогови преобразуватели - устройства, предназначени за преобразуване на дискретен (цифров) сигнал в непрекъснат (аналогов) сигнал. Преобразуването се извършва пропорционално на двоичния код на сигнала.
DAC класификация
По вид на изходния сигнал: с токов изход и изход за напрежение;
По тип цифров интерфейс: с последователно въвеждане и с паралелно въвеждане на входния код;
По броя на DAC на чип: едноканални и многоканални;
По скорост: умерена скорост и висока скорост.
Основните параметри на DAC:
1. N - битова дълбочина.
2. Максимален изходен ток.
4. Стойността на еталонното напрежение.
5. Резолюция.
6. Контролни нива на напрежение (TTL или CMOS).
7. Грешки при преобразуване (грешка при нулево отместване на изхода, абсолютна грешка при преобразуване, нелинейност на преобразуването, диференциална нелинейност). 8. Време за преобразуване - времевият интервал от момента на представяне (подаване) на кода до момента на поява на изходния сигнал.
9. Аналогово време за установяване
Основните елементи на DAC са:
В ИС могат да бъдат вградени резистивни матрици (набор от делители с определена TCS, с определено отклонение от 2%, 5% или по-малко);
Ключове (на биполярни или MOSFET);
Източник на референтно напрежение.
Основни схеми за изграждане на ЦАП.
21. ADC Общи положения. Честота на вземане на проби. ADC класификация. Принципът на работа на АЦП с паралелно действие.
Според бързодействието на АЦП се делят на:
1. АЦП с паралелно преобразуване (паралелни АЦП) са високоскоростни АЦП, имат сложно хардуерно използване на единици GHz разделителна способност N = 8-12 бита, Fg = десетки MHz
2. ADC на последователно приближение (последователно броене) до 10 MHz Разделителна способност N = 10-16 бита, Fg = десетки kHz
3. Интегриране на ADC стотици Hz резолюция N = 16-24 бита, Fg = десетки
4. Сигма-делта ADC единици с MHz резолюция N = 16-24 бита, Fg = стотици Hz
22. ADC за серийно броене. Принцип на действие.
23. ADC на последователни приближения. Принцип на действие.
Този код от изхода на RPP се подава към DAC, който извежда съответното напрежение 3/4Uinmax, което се сравнява с Uin (на SS) и резултатът се записва в същия бит от четвъртия тактов импулс. След това процесът продължава, докато всички битове бъдат анализирани.
Време за преобразуване на SAR ADC:
tpr = 2nTG, където TG е периодът на повторение на импулса на генератора; n - битова дълбочина на ADC.
Тези ADC са по-бавни от паралелните ADC, но са по-евтини и консумират по-малко енергия. Пример: 1113PV1.
24. Принципът на действие на АЦП от интегриращ тип.
Принципът на работа на интегриращия ADC се основава на два основни принципа:
1. Преобразуване на входното напрежение в честота или продължителност (време) на импулсите
Uin → f (VFC - преобразувател напрежение-честота)
2. Преобразуване на честота или продължителност (време) в цифров код
f → N; Т → Н.
Основната грешка се въвежда от VLF.
ADC от този тип извършват преобразуването на два етапа.
В първата стъпка входният аналогов сигнал се интегрира и тази интегрирана стойност се преобразува в импулсна поредица. Честотата на повторение на импулсите в тази последователност или тяхната продължителност се модулира от интегрираната стойност на входния сигнал.
На втория етап тази последователност от импулси се преобразува в цифров код - измерва се неговата честота или продължителност на импулса.
Помня добре моето босо радиолюбителско детство. Тогава нямаше вашите интернети, но имаше списания " Млад техник”, „Дизайнер на модели”, „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.
Съжалявах 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? Добре! 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 модифицирах по някакъв начин. 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 в различно време, и отчасти такива, 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 в черно от мен. 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? НО?
Е, какъв гений трябва да си, за да изрежеш напълно честота, 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 на Delta-Sigma е по-голям, отколкото в Multibit DAC, режимът на работа на операционния усилвател в етапа на преобразувател 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 полипропилен 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.
Презаключване 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 се занимавам с ремонт и конфигуриране на компютри, в свободното си време запоявам нещо или сглобявам и разглобявам :)
Читателски вот
