Модульный ЦАП на AD1853. Часть 1. Приемник S/PDIF

Аудиотехника

Пролог
Этот проект пока не имеет завершения. И я, рассказывая о нем здесь, надеюсь на полезные советы участников сообщества. У меня с некоторыми схемотехническими решениями возникают трудности, поэтому указания на ошибки были бы очень кстати :)

Предыстория
Это было год назад… Я допаял свой ЦАП на PCM1796 и включил. Дыма не было :) Уже хорошо. Но на выходе постоянка величиной 7 В и кое как пробивается звук. Пляски с заменой ОУ не помогли, я все сверил со схемой — все совпадает. Где кроется ошибка — непонятно. Я расстроился — на этот агрегат я потратит уйму времени и денег, а результат плачевный. С горя и обиды убрал все в ящик, жизнь пошла по-старому.

Начало
И вот, после наступления 2013-го года меня начала глодать мысль начать делать новый ЦАП, но уже на AD1853, т.к. такие чипы лежали у меня в количестве 2-х штук, полученные от AD в качестве семплов, а сессия была успешно сдана
Началось тормошение Google на предмет готовых ЦАПов на данной микросхеме. Нашлись, и немало. Но я решил делать модульную конструкцию: плата с ЦАПом будет иметь вход I2S, чтобы можно было подключать к нему различные источники «квадратной» шины.
Откуда я буду брать источники I2S? Первый вариант — преобразование S/PDIF в I2S с помощью специальных чипов — аудио-ресиверов (DIR9001, WM8805 и т.п.). Второй вариант — преобразование USB в I2S с помощью микросхем PCM2706/07. Ну и третий вариант — встроить ЦАП в CD-проигрыватель, заменив его штатный преобразователь.
Начнем с первого варианта.

DIR9001
Даташит на этот чип говорит нам, что микросхема является цифровым аудио-ресивером. Позволяет работать с сигналами разрядностью до 24 бит и частотой семплирования до 96 кГц. Нам ее вполне достаточно. Величина джиттера у нее 50 пс, что вполне удовлетворительно.
Что она умеет? Да много чего. Может принимать S/PDIF сигнал и конвертировать его в 4 различных формата:
• 16-bit, MSB-first, right-justified;
• 24-bit, MSB-first, right-justified;
• 24-bit, MSB-first, left-justified;
• 24-bit, MSB-first, I2S.
Позволяет выводить частоту семплирования текущего аудио-потока (необходим внешний кварцевый резонатор).
Имеет пин, сигнализирующий об ошибке в работе чипа и пин, отображающий статус режима De-Emphasis.

Что такое De-emphasis
De-emphasis — это частотная коррекция на ВЧ для дисков, специально записанных в режиме Pre-emphasis. Т.е. при мастеринге таких дисков уровень на ВЧ специально завышается, а при воспроизведении, соответственно, все должно происходить наоборот. Это делается с целью уменьшения шумов. Коррекция может происходить как в цифровом фильтре, так и в аналоговом пост-фильтре. Но дисков таких было выпущено очень не много.

Схема
Итак, начнем с формата. За это отвечают 2 пина FMT0 и FMT1. Нам нужен 24-bit, MSB-first, I2S. Согласно даташиту, для этого необходимо подать на оба пина высокий логический уровень.
Индикацию тактовой частоты мы использовать не будем, использовать De-Emphasis тоже. Для начала это необязательно. Устройство будет модульное — ничто не помешает потом сделать другой навороченный приемник со всеми плюшками :)
S/PDIF сигнал мы принимаем либо по коаксиальному, либо по оптическому кабелю. Опять же, ограничимся самым простым — коаксиалом.
Источник входного сигнал надо гальванически отвязать от нашего ЦАПа. Для этого поставим на входе трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Я буду использовать готовое решение, но можно также намотать его вручную. Для этого надо взять небольшое ферритовое колечко и намотать 2 обмотки напротив друг друга. Витков 10-15 изолированного провода будет достаточно.
Далее необходимо наш сигнал привести к уровню TTL, с которым работает DIR-ка. Этим будет заниматься ADM1485 — приемопередатчик RS-485.
Приемник имеет инверсный пин сброса. На «всякий пожарный» выведем 2 контакта сброса на плату.
Питание схема требует двух уровней: +5 В для ADM1485 и +3,3 В для DIR9001. Я решил привести питание +5 В с основной платы ЦАПа, а +3,3 В получить уже на месте интегральным малошумящим стабилизатором. И одним шлейфом мы доставим питание с ЦАПа, а взамен передадим ему аудио-данные :)

С учетом всех требований нарисуем схему:



Приступим к трассировке.

Плата
Плату сделаем двухслойной и подготовим ее для заказа на заводе.
После вечера, проведенного за трассировкой получили:
  • верхний слой
  • top
  • нижний слой
  • bottom

Вид платы:



В следующей части мы приступим к самому ЦАПу.

P.S.: Возврат к истокам
Начал я рисовать схему для этого ЦАПа. Рисую, значит… Библиотеки нужных компонентов формирую. Смотрю, распиновка сдвоенных оперов в моей библиотеке не совпадает со схемой из даташита! У меня на элементе перепутаны местами 5 и 6 ноги. Молниеносно пронеслось: а выдрал я этот компонент из старого проекта, значит и там неправильно!!! Получается, что у одного из ОУ в корпусе перепутаны инвертирующий и неинвертирующий входы. Поэтому у меня и постоянка на выходе. Недолго думая, нашел плату, сдул пыль, порезал пару дорожек, перепаял проволочками, включил… И да! Он запел. Но ненадолго. На следующий день сделал на скорую руку ему что-то вроде платформы из текстолита, чтоб не моталось на проводах. Все соединил, включаю — тишина. Снимаю все назад — тишина… Опять в ящик :(


Скачать проект в Altium Designer (~1,5 Mb)

Все части: Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4

5 комментариев

avatar
А вот мне интересно — неужто, такие ЦАПы лучше обычных звуковух? Ведь денег сюда ты ввалил уже поболее, чем стоит даже очень приличная карточка.

А так — ждем продолжения :)
avatar
Говорят, да :)
Но почему-то не особо жалко денег. Все это очень интересно. И, собрав тот ЦАП, я получил опыт (как позитивный, так и негативный). С учетом него я делаю новое устройство.
Самое дорогое — платы, выйдут около 60-65$. Далее: сам ЦАП не дешев, что-то около 20$, но он у меня есть. Приемник стоит 5-7$.Остальные детали можно ставить как ширпотреб, так и более качественные. Но, соответственно, и отразится на звуке.
avatar
Однозначно лучше! Отвязка от питания самого системника(ну или подобного сопутствующего оборудования). Хорошая звуковуха(или фирменный ЦАП) будет стоить значительно дороже с неизвестным фаршем(чаще устаревшим). ESI Juli@ к примеру(из дешевых). И все это ощутимо только на записях формата FLAC и подобные + акустика + усилитель.
avatar
Очень интересно, буду ждать второй части. Я вот тоже озадачен построением цапа (усилитель + usb audio + цап). Планы большие, не знаю, соберусь ли. Уже прикупил PCM2704 в качестве usb-s/pdif преобразователя. В качестве цапа присмотрел PCM1794.
А почему не предусмотрели оптоволоконный вход Toslink?
avatar
А не знаю) Сделать его, в принципе, не сложно. Оптический приемник только найти.
Но для меня в первую очередь интересен вывод звука с компьютера. А начал я с s/pdif из-за того, что схема уже отработана мною.

А почему бы не преобразовывать вам сразу в квадратную шину? Зачем лишние трансформации в s/pdif?
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.