ЦАП на AD1853 под управлением микроконтроллера

[Candidate]

Представляем цифро-аналоговый преобразователь на AD1853, работающий под управлением микроконтроллера.

Первоначально, хотелось изготовить несложный ЦАП на доступной элементной базе. Выбор пал на ЦАП, описанный на страничке Maniac (вариант 2) ввиду (как изначально показалось!) легкой повторяемости. Печатная плата – это немного доработанный проект, представленный And$er (rev. B).

Нельзя сказать, что изготовление шло гладко: как всегда при практической реализации не обошлось без мелких ошибок (типа ошибок трассировки ПП), но и серьезные сюрпризы тоже имели место (из 4 операционных усилителей один оказался бракованным).

Однако, когда очевидные ошибки были устранены, при первых запусках устройство продемонстрировало не впечатляющее качество звука. Явно сильнее обычной звуковой карты компьютера, но ничего выдающегося. Подробно проблема освещалась на Форуме.

При детальном изучении фирменной документации на микросхемы приемника и ЦАП было сделано предположение, что проблема заключается в некорректном построении слова данных на выходе приемника SPDIF.

Для решения проблемы был разработан модуль управления на базе микроконтроллера, который позволяет
1) Управлять режимами работы микросхемы ЦАП по интерфейсу SPI
2) Читать информацию с приемника сигнала (DIR9001) и конфигурировать его
3) Изменять все возможные настройки микросхем во время работы с помощью единственного валкодера с одновременным отображением на ЖКД необходимой информации.

Модуль управления обладает и такими удобными функциями как регулировка громкости, плавное нарастание громкости при включении, индикация частоты выборок входного сигнала и т.п.

Первое же прослушивание устройства с подключенным модулем управления позволило правильно сконфигурировать режимы работы всех микросхем и получить удивительный прогресс в качестве звука. В настоящее время ЦАП «переигрывает» связку "Привод CD"+"Усилитель"+"АС" весьма неплохого уровня. Звук, полученный с ЦАП, отличается детализацией верхних частот, глубоким динамичным басом, чёткой серединой и проработанным объемом сцены. Впечатляет четкостью одновременная передача разных частот и разноуровневых сигналов. В целом звучание очень приятное, прослушивание комфортно, музыку легко слушать часами.

Конструктивно ЦАП выполнен на 4 платах:
1) Плата силовых трансформаторов
2) Плата первичных стабилизаторов
3) Модуль цифро-аналогового преобразования
4) Модуль управления

Данное конструктивное исполнение позволило избежать классических проблем электромагнитной совместимости. Устройство работает устойчиво, не подвержено влиянию излучения мобильного телефона (даже лежащего на плате ЦАП, с включенным передатчиком), и не пропускает в звуковой тракт "шум" цифровой части.

Для тех, кто с настороженностью относится к применению микропроцессорных устройств в схеме управления ЦАП, можем сказать, что отключение управляющей части от ЦАП не приводит к изменениям как субъективно (на слух), так и объективно (по осциллографу).

Температура всех микросхем едва заметно выше температуры окружающей среды.

Справедливости ради надо отметить, что, после применения модуля управления, была сделана попытка восстановить "неправильное" звучание ЦАП (которое он имел изначально). Оказалось, что этого легко добиться, принудительно поменяв формат входных данных и количество бит в RJSM.

При реализации проекта были применены следующие пакеты САПР: Multisim, Proteus, PCAD.

Благодарим Maniac, And$er за открытые схемные решения, на базе которых был начат этот проект, а также всех участников форума за полезные советы и ссылки, которые позволили этот проект осуществить!

23 сентября 2009 года добавлена схема электрическая принципиальная и библиотека элементов.
19 февраля 2010 года проект "Модуль управления" закрыт.

[belka]

Усилитель поменяйте.

[Ромыч]

Согласен с Белкой. В той части, что не там Вы, ИМХО, копаете. У меня цап тоже на 1853, раньше стояла альтера и как раз конфигурила 1853 под RJ/16. Потом поставил конвертер форматов на 1896, а 1853-ю перевел в режим по умолчанию, сконфигурив под него выход 1896-й. Никакой особой разницы в звуке не заметил, кроме некоего смягчения звучания, очевидно за счет того, что 1896 "выдавала" поменьше помех, чем альтера.

[Serge_L]

Ладно, поменяю!!!

Но Линкса-ХХ у меня под боком не найдется. Я не думаю, что интересно слушать с Пыонером или интегральным Надом? Как найду что-либо подходящее - отпишу. Хочу послушать с DVD Audio. У меня есть пара компактов.

Но все по порядку:
1) хочу другой приемник ткнуть;
2) как окно на работе будет, у меня есть 4-х канальный АЦП измерительный, попробую на него записать И2С в разных режимах на входе АД

Добавлено через 4 минуты
Ромыч, А источник-то какой? Я же говорю, что больше грешу именно на связку 9001 + 1853. Поэтому и Дмитрию вопрос в свое время задавал, пробовал ли он 1853 с 9001. Я же не слышал ЦАП у aal и Гайдара, это только МОИ предположения по поводу ИХ низких частот.

Поэтому и хочу в первую очередь послушать 1853 с циррозом.

[nazar]

Ромыч, у тя 1896 выдавал 24 и 1853 принимал 24, ессно ниче не поменялось

[vshv]

Странные условия эксперимента предлагаются.Чисто логически:

Усилитель поменяйте.

Зачем,если утверждается, что при смене формата на лету слышно разницу

Потом поставил конвертер форматов на 1896, а 1853-ю перевел в режим по умолчанию, сконфигурив под него выход 1896-й. Никакой особой разницы в звуке не заметил, кроме некоего смягчения звучания, очевидно за счет того, что 1896 "выдавала" поменьше помех, чем альтера.

Значит,1853 корректно принимает 24 бит(как-то не вызывало сомнения).Остается лажа с выходом приемника.

Добавлено через 21 минуту
Громкость, я так понял, при переключении форматов не меняется, значит, выравнивание правильное.Остаются ошибки в приеме данных по шине.Ошибки будут возникать, если у какого-то производителя свое мнение о формате i2s.На 16бит может проходить,на 24 на грани ошибки по фронтам.В таком случае при пересинхронизации после приемника должно полегчать.Очень интересно проблемы у ad или у приемника.

[Саша1]

Тут, вероятно, фокус не в формате RJ или Philips I2S, а в длине слова 16 или 24 бита. И в алгоритме работы ЦФ. Одно дело пересчитывать 16 значащих бит в 16-битном слове (16-bit RJ), тут всё однозначно. Другое дело 16 значащих бит в 24-битном слове (24-bit Philips I2S). ЦФ не знает, что из 24 значащие только 16, соответственно, принимает к обработке оставшиеся 8 бит нулей (хорошо, если нулей а на мусора) как значащие данные, соответственно, и алгоритм другой. Вот и получается разница.
А я раньше думал, что формат Philips I2S лучше, универсальнее, т.к. ЦАП сам разберёрся с битностью. Выходит, ошибался, всё не так однозначно.

[vshv]

Очень печально если на 24 бит неполноценный алгоритм.Мне на 1955 в 24 бит режиме нужно подавать и 16 и 24 а внешнего фильтра в бюджете не было.

[nazar]

то формат Philips I2S лучше, универсальнее

он и есть универсальнее, интересно что там АД намутило, с форматом проблемы, 48бцк не хавает...

[vshv]

Сомнительно все это.24 бит придумали как будто для повышения качества

[SergioT]

Тут, вероятно, фокус не в формате RJ или Philips I2S, а в длине слова 16 или 24 бита. И в алгоритме работы ЦФ. Одно дело пересчитывать 16 значащих бит в 16-битном слове (16-bit RJ), тут всё однозначно. Другое дело 16 значащих бит в 24-битном слове (24-bit Philips I2S). ЦФ не знает, что из 24 значащие только 16, соответственно, принимает к обработке оставшиеся 8 бит нулей (хорошо, если нулей а на мусора) как значащие данные, соответственно, и алгоритм другой. Вот и получается разница.
А я раньше думал, что формат Philips I2S лучше, универсальнее, т.к. ЦАП сам разберёрся с битностью. Выходит, ошибался, всё не так однозначно.

Меня эта мысль тоже ночью посетила, и я под действием сильнодействующего х.. написал, что аж сам в нее поверил, но 8 бит пустых это много и при RJ логика ЦФ должна по идее компенсировать разницу что бы уровень при и2с и RJ c разрядностью меннее 24 не менялся. Не думаю что разработчики с АД так лохонулись. Да и проверить это легко, уровень вых меняется или нет?
По крайней мере когда я делал на 1853 у меня был именно I2S формат и никаких проблем со звуком не было, выхлоп правда был не такой

[belka]

SergioT, это от волшебства, не иначе.

[vshv]

Ладно у 1955 можно внешний фильтр.А у 1853 в этом случае получается 24бит вход для понтов и встроенный фильтр калечит все до уровня хуже 16.Думаю дело не в этом ad все же не кружок умелые руки

[Lynx]

Коллеги, давайте посмотрим на вопрос трезво
1) В режиме приема 16-разрядных данных в RJ формате всё работает нормально.
2) В режиме работы 24-разрядных данных в RJ формате тоже всё нормально.
3) В режиме 24-разрядных данных d IIS формате тоже всё нормально.
То есть алгоритмы работы с 16 и 24 разрядными данными совершенно адекватны и правильны.
4) В формате IIS при приеме 16 разрядных данных возникают непонятные артефакты в звуке. Но при этом
а) уровень сигнала номинальный и соответствует полной шкале, б) нет посторонних тресков, щелчков, пропаданий и других признаков сбоя синхронизации.
Значит нужно смотреть ЧТО идет в младших 8 разрядах с выхода приемника при работе с 16-разрядными данными. В правильном режиме это должны быть нули. Любые отличные от нулей данные являются самодеятельностью приемника, либо служебной информацией, либо иной логической помехой.
То есть в таком случае необходимо в принудительном порядке обнулять данные с выхода приемника, соответствующие младшим 8 разрядам.

[Serge_L]

Я почему очень грешу на приемник... В режиме I2S очень заметна разница между 44,1 и 48, т.е. компьютер субъективно "обыгрывает" транспорт.

Да и проверить это легко, уровень вых меняется или нет?

Нет, уровень не меняется, сбоев, щелчков нет. Смена формата просто резко меняет звуковую картину. Я бы сказал, что при работе в формате IIS имеется ФВЧ с частотой среза около 250 Гц. Завал не очень большой. Но на слух заметен сразу. Так слушать нельзя, если не добавлять регулятор тембра, причем существенно.

[vshv]

24бит нормально проверено после 1896,те х2 в 1853. Проблемы наблюдаются в х8. Хотя,таки да,нужно начинать с выхода приемника

[Serge_L]

В пятницу постараюсь купить 8416, на след неделе посмотрим, что получится.

[Lynx]

Коллега, посмотрите-таки, что в младших 8 разрядах делается. и, если есть возможность, обнулите и послушайте.

[Саша1]

Всё же 16 зачащих бит для 16-разрядного слова и 24-разрядного слова - это разные вещи, с точки зрения ЦФ.
В первом случае исходные данные - только эти 16 бит, что есть, больше ничего. Во втором случае (24-разрядное слово) - ЦФ должен принять и обработать все 24 входных бита, иначе какой смысл в 24-битном входе, ведь в общем случае последние 8 бит не должны быть нулями, они должны быть информационными.
Соответственно, получается, что алгоритмы обработки 16-битных
(хххххххххххххххх)
и 24-битных входных данных
(хххххххххххххххх00000000)
вполне могут быть разными.
Если только в первом случае 16 значащих бит "для универсальности" не добиваются до 24 разрядов восемью нулями внутри 1853 перед ЦФ
(хххххххххххххххх+00000000). Но это вряд ли, какой смысл.
Так что, вполне возможно, что преобразование при чистом 16-битном входе может быть по качеству иное, чем при 24-битном из которых последние 8 - пустышка.

[And$er]

Заело любопытство и, несмотря на поздний час, ткнул осциллографом на выход DIR9001. В первом случае сигнал 1кГц/0db подавался с компа ( 44/16 ), во втором случае с DVD-проигрывателя, который играл AudioCD с тестовым треком 1кГц/0db, созданным в Adobe Audition. Формат выходных данных приемника IIS 24bit.
Как видно, данные занимают примерно половину периода LRCLK (который равен 32 BCLK), т.е. 16 бит. Остальные биты забиваются нулями.

[Ромыч]

Ромыч, у тя 1896 выдавал 24 и 1853 принимал 24, ессно ниче не поменялось

Назар, ты о чем? Поясняю: источник - СД-проигрыватель Пионер 502-й. Данные с него берутся в формате 16/RJ. Сейчас 1896 конвертит его в 24/LJ, под это же настроен вход 1853-й. 1896 работает в обход ядра, тоесть пересчетов не осуществляет, только как конвертер формата. До этого стояла ПЛИС, которая данные НЕ КОНВЕРТИЛА, а конфигурила 1853 через SPI под 16/RJ. Хочешь сказать что ниче не поменялось?