Синхронный конвертер S/PDIF-I2S (основная информация)

[KNLL]

Offтопик:
В связи с многочисленными просьбами восстановить тему трехлетней давности, которая безвозвратно удалилась из "толкучки"........

Синхронный конвертер S/PDIF - I2S. Предназначен для передачи звукового потока из компьютера во внешний ЦАП с побитовой точностью.
Конвертер, позволяет избавиться от основного недостатка передачи звука из компьютера во внешний ЦАП по цифровому интерфейсу S/PDIF - востановленного мастерклока.

Для начала немного теории. Вкратце и в общих чертах.

Как известно, наилучшие результаты при проектировании ЦАП можно получить при использовании высококачественного, с низким уровнем фазового шума (джиттера) генератора(ов) тактового сигнала. При этом сам генератор должен находиться как можно ближе либо к собственно ИМС ЦАП (для дельта-сигма преобразователей - AD1955, AD1853, SM5865) либо к регистру предискретизации (для ЦАП паралельного преобразования AD1862, PCM63). Более подробно об этом (и не только) есть в ветке про цапостроение.

Сигнал мастерклока, полученный путем восстановления из S/PDIF обладает уровнем джиттера, на порядок превышающий таковой у высококачественных генераторов. Поэтому тактировать им внешний высококачественный ЦАП не представляется оптимальным решением.
Однако, в том случае, если ЦАП тактируется от собственного высококачественного генератора возникает другая проблема - частоты генераторов в ЦАП и в звуковой карте хоть незначительно, но всё-же отличаются. Это диктует необходимость применения ASRC (асинхронного ресемплера) для согласования. ASRC-процесс по определению не может обеспечить побитовую точность прередачи.

Синхронный конвертер позволяет организовать так называемую "петлю обратной синхронизации" по S/PDIF. Дело в том, что большинство высококачественных звуковых карт имеют интересную особенность - возможность синхронизации потока передаваемых данных по S/PDIF с частотой принимаемых данных. Иными словами, если в таком режиме подать на вход звуковой карты S/PDIF - сигнал, сформированный на основании частоты мастерклока внешнего ЦАП, то S/PDIF - сигнал на выходе будет синхронен уже не частоте внутреннего генератора аудиокарты, а частоте мастерклока ЦАП. Это позволяет избавиться от необходимости ASRC.

На основании вышесказанного было разработано устройство, схема и фотографии которого приведены ниже. Устойство было повторено тиражом более сотни экземпляров и показало отличные результаты при раболе с ЦАП Lynx различных моделей, Цап Overture от Nazar, 6V2 и 6V3 от SergioT.

Единственным минусом этого решения является необходимость применения звуковой карты достаточно высокого уровня. В старой теме был достаточно большой список аудиокарт, совместимых с данным устройством. К сожалению он безвозвратно потерян вместе с остальной информацией из самоудалившейся из толкучки темы. Гарантированно E-MU 0404 USB, E-MU 0404 PCI и выше, M-Audio Audiophile 192, ESI JULI@, Terratec Aureon Space 7.1 и Terratec Aureon 5.1 PCI, RME HDSP, Audiotrak Prodigy 7.1 HiFi, Echo MiaMIDI.

Гарантированно нет функции синхронизации по S/PDIF в "игровых" картах: Creative (все модели, включая X-FI), Asus Xsonar.

Надеюсь, что форумчане, эксплуатирующие этот конверетер с другими аудиокартами дополнят список.

Устройство изготовливалось в двух модификациях:
1. С проводным интерфейсом S/PDIF - двумя RCA-разъёмами .
2. С двумя оптическии интерфейсами Toslink плюс проводной через 3.5 mm MiniJack.
Конструкция устройства видна на фото ниже. Печатная плата четырёхслойная с металлизацией. В первых версиях платы контактные площадки были лужёные, последние - с иммерсионным золотом.

Для обеспечения гальванической развязки между звуковой картой и ЦАП при использовании проводного интерфейса были использованы развязывающие трансформаторы. Конвертер имеет два выхода шины I2S - в TTL-уровнях и по дифференциальному интерфесу RS-485.

Для конфигурирования режимов работы предусмотрены две колодки с джамперами. Назначение джамперов указано на схеме. "Closed" - джампер установлен. "Open" - джампер снят. Переключение входов RCA-Toslink - 3-pin джампер JP11. Toslink - джампер установлен ближе к светодиодам, RCA или MiniJack - ближе к нижнему краю платы.

Поддерживаемые частоты дискретизации Fc: 44.1КГц, 48КГц, 88.2КГц, 96КГц.
Поддерживаемые частота мастерклока: 128Fc, 256Fc, 384Fc, 512Fc
Поддерживаемые режимы работы шины I2S: 16RJ, 24RJ, 24LJ, 24I2S

Конвертер и ЦАП должны быть сконфигурированы на одинаковые режимы работы. Аудиокарта должна быть настроена на режим синхронизаци по S/PDIF-входу.

Питание - 8-12 вольт 0,5A, допустимо нестабилизированное. Оптимально +9 вольт.

Схема и фото:


Конвертор SPDIF.rar

[momitko]

Правильная схема SPDIF есть везде, уже давно можно было глянуть sm на любой CDP, о чем вам говорил ещё в прошлом году в теме DAC6.

И еще. Зачем мне смотреть на sm на любой CDP, в котором нет спдиф входа, а есть только спдиф выход? Зачем мне смотреть, как там сделано на спдиф выходе? Я думаю, что на моей профессиональной карте Prodif-88 aes/ebu выход сделан грамотно и там не надо ничего менять. Ну сейчас это уже и так понятно. Так что, как вы видите, вы меня толкали не в ту сторону. И зачем мне ваши намеки по резисторам? Мне нужен конкретный и практичный совет типа: слушай, чувак, не занимайся ерундой и просто поставь терминирующий резистор перед трансом параллельно первичной обмотке транса.

---------- Сообщение добавлено 16:18 ---------- Предыдущее сообщение было 16:16 ----------

Какое волновое сопротивление Вашего кабеля которым выполнено соединение?

110 Ом и поэтому я поставил терминирующий резистор на 110 Ом перед трансом параллельно первичной обмотке транса. Транс, который стоит в конвертере , я заменил на транс Lundalh LL1574, который конвертирует 110 Ом в 75 Ом. Поэтому перед трансом стоит R на 110 Ом, а после на 75 ом

[energetik]

110 Ом и поэтому я поставил терминирующий резистор на 110 Ом перед трансом параллельно первичной обмотке транса. Транс, который стоит в конвертере , я заменил на транс, конвертирует 110 Ом в 75 Ом. Поэтому перед трансом стоит R на 110 Ом, а после на 75 ом

Если выход звуковой карты при этом согласован на 110 Ом линии передачи, то можно нужно было вместо штатного резистора (который в конвертере после транса) 75 Ом поставить резистор 110 Ом. Вы же сейчас не согласовали линию, а ещё больше её рассогласовали.

[momitko]

Если выход звуковой карты при этом согласован на 110 Ом линии передачи, то можно было вместо штатного резистора (который в конвертере после транса) 75 Ом поставить резистор 110 Ом. Вы же сейчас не согласовали линию, а ещё больше её рассогласовали.

У меня профессиональная звуковая карта Prodif-88, которая когда то стоила $800. Так что я думаю, что там на выходе именно 110 Ом, как написано в мануале.
А как тогда насчет того, что я же ведь поставил вместо штатного транса, который стоял в конвертере, транс от Lundahl, который конвертирует 110 Ом в 75 Ом? Вы это учли?

[energetik]

Также надо бы ещё посмотреть амплитуду выходного сигнала с карты. Насколько я понимаю в конвертере KNLL вход рассчитан на вполне определённую максимальную его величину.

[Alex]

И чего бы это....

[energetik]

У меня профессиональная звуковая карта Prodif-88, которая когда то стоила $800. Так что я думаю, что там на выходе именно 110 Ом, как написано в мануале.
А как тогда насчет того, что я же ведь поставил вместо штатного транса, который стоял в конвертере, транс от Lundahl, который конвертирует 110 Ом в 75 Ом? Вы это учли?

То есть Вы отрицаете тот факт, что сейчас у Вас линия не согласована?

[momitko]

Насколько я понимаю в конвертере KNLL вход рассчитан на вполне определённую максимальную его величину.

Я тоже сначала так думал и поставил сначала перед трансом резистивный делитель, который конвертирует aes/ebu в спдиф, но потом я увидел, что на входе конвертере перед DIR9001 стоит SN75LBC176D, которая насколько я понимаю без проблем понимает 5В. Поэтому мне кажется, что необязательно понижать напряжение до уровня спдиф. А вы как думаете?

[energetik]

Я тоже сначала так думал и поставил сначала перед трансом резистивный делитель, который конвертирует aes/ebu в спдиф, но потом я увидел, что на входе конвертере перед DIR9001 стоит SN75LBC176D, которая насколько я понимаю без проблем понимает 5В. Поэтому мне кажется, что необязательно понижать напряжение до уровня спдиф. А вы как думаете?

Также надо бы ещё посмотреть амплитуду выходного сигнала с карты. Насколько я понимаю в конвертере KNLL вход рассчитан на вполне определённую максимальную его величину.

Обязательно надо посмотреть. Из даташита на применённый SN75LBC176D: Receiver Input Sensitivity . . . ±200 mV Max
Возможно Вам также необходимо снизить амплитуду сигнала на входе приёмника.

[momitko]

То есть Вы отрицаете тот факт, что сейчас у Вас линия не согласована?

Я пока не знаю. Просто я хочу уточнить т.к. мне кажется вполне разумным поставить резистор 110 Ом перед первичной обмоткой транса, которая принимает сигнал на 110 Ом и потом передает его на вторичную обмотку, которая рассчитана на 75 Ом. Но я не профи и может быть ошибаюсь?

---------- Сообщение добавлено 16:49 ---------- Предыдущее сообщение было 16:46 ----------

Обязательно надо посмотреть. Из даташита на применённый SN75LBC176D: Receiver Input Sensitivity . . . ±200 mV Max
Возможно Вам также необходимо снизить амплитуду сигнала на входе приёмника.

Я тоже сначала так думал, но когда я начал изучать даташит на эту микросхему более подробно, то увидел, что под фразой Receiver Input Sensitivity . . . ±200 mV Max имеется в виду несколько другое. Сейчас объясню...

[energetik]

Я пока не знаю. Просто я хочу уточнить т.к. мне кажется вполне разумным поставить резистор 110 Ом перед первичной обмоткой транса, которая принимает сигнал на 110 Ом и потом передает его на вторичную обмотку, которая рассчитана на 75 Ом. Но я не профи и может быть ошибаюсь?

ошибаетесь. В Вашем случае стоит трансформатор 1:1, поэтому место расположение резистора не имеет значения до или после трансформатора. Он должен быть один и в Вашем случае его номинал 110 Ом.
Однако надо ещё учитывать амплитуду сигнала и не превышать рекомендованные даташитом на SN75LBC176D величины.

[momitko]

В даташите на эту мс есть такой пункт на стр. 3:
absolute maximum ratings†
Input voltage, VI (D, DE, R, or RE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . −0.3 V to VCC + 0.5 V
но это касается входов мс D, DE, R, и RE, а в данном случае сигнал идет на входа мс Аи В. И идет он в формате RS-485, а формат RS-485 вполне без проблем работает с напряжениям 5В и даже больше, насколько я понял.
А что касается 0.2В, там это просто уровень логического уровня, по которому мс решает, что там на входе: ноль или единица.

[energetik]

momitko, Какая амплитуда сигнала сейчас на входе SN75LBC176D? Есть осциллограф?

[momitko]

ошибаетесь. В Вашем случае стоит трансформатор 1:1, поэтому место расположение резистора не имеет значения до или после трансформатора.

нет. не 1:1, а 1:1.2 судя по мануалу на транс.

---------- Сообщение добавлено 16:56 ---------- Предыдущее сообщение было 16:56 ----------

Какая амплитуда сигнала сейчас на входе SN75LBC176D? Есть осциллограф?

не знаю. В том то и проблема, что нет.

[energetik]

нет. не 1:1, а 1:1.2 судя по мануалу на транс.

какой транс стоит?

не знаю. В том то и проблема, что нет.

печально.

---------- Сообщение добавлено 12:59 ---------- Предыдущее сообщение было 12:59 ----------

В даташите на эту мс есть такой пункт на стр. 3:
absolute maximum ratings†
Input voltage, VI (D, DE, R, or RE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . −0.3 V to VCC + 0.5 V
но это касается входов мс D, DE, R, и RE, а в данном случае сигнал идет на входа мс Аи В. И идет он в формате RS-485, а формат RS-485 вполне без проблем работает с напряжениям 5В и даже больше, насколько я понял.
А что касается 0.2В, там это просто уровень логического уровня, по которому мс решает, что там на входе: ноль или единица.

В общем поняли Вы неправильно.

[momitko]

И чего бы это....

Ну я вижу там на схеме резистор на 75 Ом. В моей карте после выходного транса думаю наверняка стоит резистор на 110 Ом

---------- Сообщение добавлено 17:01 ---------- Предыдущее сообщение было 17:00 ----------

В общем поняли Вы неправильно.

значит все таки нужен делитель напряжения aes/ebu в спдиф, если я неправильно понял.

[energetik]

значит все таки нужен делитель напряжения aes/ebu в спдиф, если я неправильно понял.

Нужно измерить амплитуду сигнала на входе SN75LBC176D.

[momitko]

В общем поняли Вы неправильно.

а вот еще выдержка из даташита на мс:
recommended operating conditions
High-level input voltage, VIH D, DE, and RE 2 V
Low-level input voltage, VIL D, DE, and RE 0.8 V
Differential input voltage, VID (see Note 2) −12 12 V
Но опять таки там не указаны входа A и B, а указаны только D, DE и RE. И то, как видите, там не 1В, как на спдиф, а 2В

---------- Сообщение добавлено 17:07 ---------- Предыдущее сообщение было 17:06 ----------

Нужно измерить амплитуду сигнала на входе SN75LBC176D.

скажите. Это возможно сделать с помощью тестера?

---------- Сообщение добавлено 17:13 ---------- Предыдущее сообщение было 17:07 ----------

и вот еще информация к размышлению. На входа A и B подаются сигналы по стандарту RS-485.
Открываю Википедию и и в теме RS-485 читаем следующее:
Тип приёмопередатчиков — дифференциальный, потенциальный. Изменение входных и выходных напряжений на линиях A и B: Ua (Ub) от −7 В до −12 В (+7 В до +12 В).
То есть там могут быть напряжения аж до 12В. Значит на эти входа можно подавать до 12В. Или я неправ?

[energetik]

а вот еще выдержка из даташита на мс:
recommended operating conditions
High-level input voltage, VIH D, DE, and RE 2 V
Low-level input voltage, VIL D, DE, and RE 0.8 V
Differential input voltage, VID (see Note 2) −12 12 V
Но опять таки там не указаны входа A и B, а указаны только D, DE и RE. И то, как видите, там не 1В, как на спдиф, а 2В

Да, вроде как по входам он допускает высокое напряжение. Я был неправ - посмотрел не тот даташит. +-200мВ это чувствительность.

скажите. Это возможно сделать с помощью тестера?

нет.

В любом случае необходимо согласовать линию.

[momitko]

Да, вроде как по входам он допускает высокое напряжение. Я был неправ - посмотрел не тот даташит. +-200мВ это чувствительность.

вот, вот. Значит понижать напряжение необязательно. Кроме того, ведь мой транс это уже делает, т.к. у него соотношение обмоток 1:1.2. Только я не совсем понимаю, что из этого следует? То, что напряжение понижается трансом на 20%?

---------- Сообщение добавлено 17:20 ---------- Предыдущее сообщение было 17:19 ----------

В любом случае необходимо согласовать линию.

я с вами согласен, но при этом надо учитывать, что согласно даташиту сам транс конвертирует 110 Ом в 75 Ом.

[energetik]

я с вами согласен, но при этом надо учитывать, что согласно даташиту сам транс конвертирует 110 Ом в 75 Ом.

Что за транс? Есть даташит на него?