Модульный ЦАП на AD1853. Часть 2. Подключение м/с ЦАП

Аудиотехника


Всем привет! Как я и обещал, сегодня мы побеседуем о микросхеме ЦАП — AD1853. Разберемся в принципе ее работы и нарисуем схему подключения, применительно к моему проекту.

AD1853
В первую очередь обратимся к даташиту на чип. Он нам говорит, что AD1853 — это высококачественный аудио стерео-ЦАП, который поддерживает входной сигнал с частотой семплирования от 32 до 192 кГц и разрядностью до 24 бит, имеет динамический диапазон в 120 дБ и отношение сигнал-шум 107 дБ THD без включенного режима «Mute». Но, надо отметить, что такие параметры она имеет при моно-включении и при частоте дискретизации, равной 48 кГц.

Рассмотрим ее структурную схему:

Микросхема имеет на борту высококачественный цифровой интерполяционный фильтр, сигма-дельта модулятор и аналоговый токовый выход. Также есть возможность управлять громкостью и режимом «Mute» при помощи SPI совместимого последовательного порта управления. Но такая регулировка громкости снижает эффективное разрешение выходного сигнала ЦАП.

Чип умеет работать с сигналом, записанным в режиме Pre-emphasis (но при частотах дискретизации 32, 44,1 и 48 кГц).

Дмитрий Андронников в своей статье о Lynx D29 отмечает, что данная микросхема имеет очень низкий выходной ток по сравнению с другими аналогичными чипами, что благоприятно сказывается на работе ОУ преобразователей ток-напряжение.

Кстати, компания-разработчик не рекомендует нам этот чип для новых разработок. Но куда деваться, не выкидывать же их? :)

Схема
В прошлый раз мы преобразовали S/PDIF сигнал в I2S. Следовательно, ЦАП нужно сконфигурировать для работы с таким форматом. В AD1853 за это отвечают 2 пина: IDPM1, IDPM0. Согласно даташиту, на IDPM1 нужно подать низкий логический уровень, а на IDPM0 — высокий.
Пины DEEMP и MUTE сажаем на «ноль» для отключения режимов «De-emphasis» и «Mute» соответственно. Их я использовать не буду.

Как уже отмечалось выше, AD1853 содержит в себе цифровой фильтр, который выполняет 2 функции: передискретизацию и цифровую фильтрацию. Пины INT2x и INT4x отвечают за кратность передискретизации:

INT2xINT4xКратность
00-
102
014
118

О передискретизации
Как известно, цифровой сигнал — это сигнал, квантованный по времени и по уровню (fs — частота дискретизации).

Передискретизация — это добавление промежуточных отсчетов в дополнение к имеющимся. Их амплитуда выбирается согласно интерполяционному закону. Следовательно, к примеру при 4-х кратной передискретизации (L = 4) получим:

Т.е. частота дискретизации увеличивается в L раз.
Но самое интересное происходит со спектром сигнала.
Спектр исходного сигнала:

При передискретизации увеличивается частота семплирования. За счет этого ВЧ гармоники сдвигаются в более высокочастотную область.


Микосхема имеет, так называемые, флаги нуля: пины ZEROL и ZEROR. Когда чип обнаруживает во входном сигнале 1024 идущих подряд нулевых отсчетов, переводит эти пины в высокий логический уровень.

Добавим также цепь сброса чипа и выведем контакты для принудительного сброса.

Делим «землю»
Особым пунктом необходимо отметить, что ЦАП содержит в себе как цифровые, так и аналоговые цепи. И пины питания разделены на аналоговые (AVDD, AGND) и цифровые (DVDD, DGND).
Очень желательно иметь различные источники питания для «цифры» и «аналога». А «земли» просто необходимо разделить, чтобы отделить чувствительные аналоговые компоненты от шумных цифровых компонентов, но не полностью. Они должны соединяться в одной точке под микросхемой ЦАП. Если соединять «где-то там», то между аналоговой и цифровой землей может возникнуть разность потенциалов. А это чревато выходом из строя микросхемы ЦАП (предельное значение ~100-300 мВ).
И еще нужно учесть одно обстоятельство: одновременная подача всех напряжений на м/с ЦАП. Несоблюдение этого условия также грозит выходом из строя м/с ЦАП.
Для соединения земель в Альтиуме нам пригодится соединитель цепей от Сергея :)

UPD: Возможен еще вариант распределения питания. Скорее всего он будет даже лучше, т.к. технически сложно обеспечить последнее условие. Суть такова: м/с ЦАП вся подключается к аналоговой земле. DVDD и AVDD подключены к одному стабилизатору, но AVDD напрямую, а DVDD через ферритовую бусину для изоляции помех от цифровой части.

Так что схему питания мы еще пересмотрим когда будем говорить о питании.

Предварительно суммируем:

В следующей части разберемся с аналоговой частью.

Все части: Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4

19 комментариев

avatar
Отлично рассказал :)

Вот мне интересно, а почему у аудио-ЦАПов токовые выхода? Ведь в 99.9% случаев на выходе будет преобразователь ток-напряжение. Быстрый гугль ничего не нашел, может расскажешь?
avatar
Смотри Википедию — ru.wikipedia.org/wiki/%D6%E8%F4%F0%EE-%E0%ED%E0%EB%EE%E3%EE%E2%FB%E9_%EF%F0%E5%EE%E1%F0%E0%E7%EE%E2%E0%F2%E5%EB%FC

А если вопрос был в том, почему не встраивают — чтобы разработчик девайса мог подобрать ТН преобразователь на свой вкус и бюджет.

ЗЫ: ссылки криво вставляются… автосокращение мож допили, как будет время.
avatar
VRP, не поверишь, но я знаю что такое ЦАП.

Это как-то странно выглядит — мы осилили сложный ЦАП, а преобразователь т-н на одном операционнике собирайте сами.

Скорее-всего, дело в технологии по которой делают микросхему. Это явно цифровая технология, а значит у транзисторов большие помехи, поэтому и отдали разработчикам, чтобы они прицепили что-то более вменяемое, чем возможно в данной технологии. Ну, это мне так кажется.

ЗЫ: ну, ты хоть бы кнопку «ссылка» нажал :)
avatar
Ладно, поясняю основные причины:
1. Возможность самостоятельно влиять на звучание
2. Если встроить ТН в цап, то на него будет больше помех наводиться
3. Нужно будет либо питать ТН от аналоговых 5В питания цапа (что так же вносит взаимопроникновение помех в каскады), либо дополнительно подводить к микросхеме двуполярное высоковольтное питание (что усложняет микросхему)
Нормальный выходной каскад должен питаться от ±15В. Ну и если встроить дешевый каскад, то не раскроет полный потенциал, а если дорогой — то сужается рынок покупателей. В более дешевых цапах он обычно встроен, либо есть два выхода — прямой токовый или через встроенный ТН (для более дешевых решений)
avatar
1. Думаю, что это весьма вторично. Тогда нужно было бы отдельно ставить цифру, отдельно модулятор. И да, каждый из этих кусков тоже можно разбить вплоть до транзисторов и все они так или иначе влияют на звук. Нет, тут дело в другом.

2. Тоже сомнительно — ведь в самом ЦАПе что-то генерирует этот ток. Почему на генератор тока не наводится тогда?

3. А вот это уже более правдоподобно. Из-за большего потребляемого тока, выходник может модулировать питание и влиять на другой канал.

Это объясняет, почему выходной каскад вынесли из ЦАПа. Но ведь могли и пораженческий выход оставить. Да, кстати, сигма-дельта модулятор сам по себе выдает напряжение (хотя, может у них какая-то хитрая схемы, выдающая ток?). То есть, внутрях где-то стоит преобразователь напряжение-ток.
avatar
>Но ведь могли и пораженческий выход оставить.
В данном конкретном цапе, как топовом решении от производителя, его нет. У среднего сегмента обычно есть, в бюджетном нету токового. «как-то так»
avatar
Почему это только токовые. Есть и с выходами по напряжению. Но, как уже сказано выше, применение токового выхода дает разработчику больше возможностей для эксперимента и влияния на получаемый звук. Львиная доля звучания формируется именно там — в Т/Н-преобразователе и ФНЧ.

VRP , надо было слово-ссылку сделать и все было бы красиво.
avatar
Да я разбалован форумным движком, который сам сокращает ссылку до красивого вида. Ладно, буду пытаться пользоваться кнопкой.
avatar
Кстати, Сергей, может быть создать блог «Аудиотехника» или что-то подобное?
avatar
Готово, можешь перенести свои топики туды, если хочешь.
avatar
Благодарю
avatar
Дополнил статью. Все еще думаю и читаю о правильной организации питания.
avatar
Да, ставить два стабилизатора смысла нет — все помехи пролезут через паразитные емкости. А вот что через бусинку (а может, и катушечку) подключать — вопрос. Есть два варианта — цифра к стабилизатору или аналог к стабилизатору. Самый простой и оверкильный вариант — подключить и цифру и аналог через катушечки.
avatar


Такая картинка приведена в даташите на ЦАП PCM1793. И написано:

"In cases where a common 5-V supply would be used for the analog and digital sections, an inductance (RF choke, ferrite bead) must be placed between the analog and digital 5-V supply connections to avoid coupling of the digital switching noise into the analog circuitry."

Т.е. да, бусинами надо развязать аналог и цифру при питании от одного источника.
avatar
Бусины обычно копеешные, ставьте повсюду.
Но фазы питания аналоговой и цифровой части схемы разделять очень желательно, иначе помехи от «цифры» попадут в аналоговый тракт.
Ещё есть вариант со схемой объёмного конденсатора и там тоже бусины используются. Этот вариант встречается в докуметации Analog Devices
avatar
Интересная тема. Если делать цап, то по всем правилам, иначе звук будет на уровне обыкновенной звуковухи.
По поводу питания- источники 3,3 и 5 вольт цифры должны питатся от отдельных трансформаторов (или-же от отдельных обмоток одного на крайний случай)
Аналоговая часть тоже-самое-отдельный транс на питание самой микры 1853 и отдельный на питание оперов I/O.
Да, нужен еще отдельный БП на питание генератора (генераторов- если делается для двух сеток частот). Гены кстати лучше всего (из опыта) подходят фирмы Кристек. Хоть и не дешево, но результат гарантированный.
Ну и несколько мыслей по поводу конструктива. Как мне видится конструкция состоит из «мамки», на которой стоят блоки питания, генераторы, разьемы для подключения спдиф, собственно самих модулей ад1853 с I/O и процессора -конфигуратора для переключения форматов (хотя и пишут в инете всякую фигню о том, что без конфигуратора 1853 не работает корректно на некоторых форматах я этого не заметил, но если его ставить, то уже с выходом индикации на лсд и всякие другие «украшательства»)
avatar
конечно не I/O, а I/U. написал автоматом
avatar
В моем случае будет «мамка» с питанием, ЦАП и выхлопом. Вход у нее I2S.
А генераторы и конфигуратор… Пока это сложно для меня и дорого.
avatar
Можно в любом случае опции сделать, на будущее. Могу подсказать что знаю если будут конкретные вопросы
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.