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]

А, если в роли транспорта - то конечно может, почему нет. Я думал речь идет о качестве звучания собственно цапа.

Нет конечно. Я имео в виду только компьютер в роли транспорта но никак не ЦАПа.

То, что описано в посте 48 имеет отношение скорее к различиям в качестве звучания цапов..

Вы невнимательно читали мой пост. Я сравнивал 2 ЦАПа, которые подключены по разному. После замены оптического кабеля между компьютером и тем ЦАПом, который подключен через обратную синхру, проблема была решена.

[Audiomaniac]

Вы невнимательно читали мой пост. Я сравнивал 2 ЦАПа, которые подключены по разному. После замены оптического кабеля между компьютером и тем ЦАПом, который подключен через обратную синхру, проблема была решена.

Да, признаюсь, не дочитал. Влияние оптического кабеля объяснить можно только чрезмерным джиттером сигналов с выхода конвертера относительно мастер-клока, приходящего на ЦФ. Для таких случаев (синхронная система с большим джиттером сигналов в петле) в ЦФ NPC существует режим jitter-free. Возможно имеет смысл его включить, если ЦАП это позволяет сделать. Вообще, конечно, в таких аномальных случаях необходимо проводить тщательные спектральные измерения.

[momitko]

По правде говоря, я ничего не понял. Есть ли смысл мне делать отдельное чистое внешнее питание для звуковой карты? Джиттер же с нее идет...

[Audiomaniac]

Есть ли смысл мне делать отдельное чистое внешнее питание для звуковой карты? Джиттер же с нее идет...

Джиттер "набегает" при прохождении сигнала через все соединительные линии и логические элементы (а их у вас много), внешнее питание карты ни на что не повлияет.

Что можно попробовать сделать: выбрать режим работы цф. Насколько я понял из документации, для перевода цф в режим jitterfree, когда допустим большой джиттер входных сигналов относительно мастерклока, нужно снять перемычку в позиции 2 колодки XS3 (если она надета у вас).

[momitko]

Связался с SergioT и задал ему этот вопрос. Жду ответа. Тем временем, я вскрыл ЦАП и увидел, что там стоит перемычка на XS3 2-ое положение. Убрал перемычку, слушаю. Такое ощущение, что стало играть еще лучше. Но первое впечатление может быть обманчиво. Так что надо еще послушать. Что-то SergioT не уведомил меня об этой опции, когда я брал у него платы ЦАПа. А в даташите написано, что режим без перемычки free run рекомендуется.

---------- Добавлено в 22:16 ---------- Предыдущее сообщение в 21:59 ----------

Еще бы мне кто-нибудь обьяснил, что такое freerun и forced sync (форсированная синхронизация).
Чем они отличаются друг от друга?

[Audiomaniac]

Такое ощущение, что стало играть еще лучше.

Рекомендую проверить, будет ли разница между спдиф кабелями в этом режиме - если она исчезнет, значит все ок.

Еще бы мне кто-нибудь обьяснил, что такое freerun и forced sync (форсированная синхронизация).
Чем они отличаются друг от друга?

Я вроде объяснил.

[Андрей К]

Еще бы мне кто-нибудь обьяснил, что такое freerun и forced sync (форсированная синхронизация).
Чем они отличаются друг от друга?

momitko, во freerun режиме(он же - jitterfree) ЦФ защелкивает данные по BCKI и "примает к сведению" дрожание LRCI в пределах 3/8 от периода Fs. В режиме forced sync по LRCI происходит сброс внутреннего тайминга ЦФ. О последствиях такой работы я писал здесь(14-ый пост):https://forum.vegalab.ru/showthread....ound-D-AC-1500 .

Offтопик:
Audiomaniac, Вы практически победили "неуловимого Джо"! Поздравляю!

[Audiomaniac]

Offтопик:

В режиме forced sync по LRCI происходит сброс внутреннего тайминга ЦФ. О последствиях такой работы я писал здесь(14-ый пост):

Ага, вот только все дело в том, что в вашем случае никаких "последствий такой работы" быть не могло, т.к. у вас все сигналы для ЦФ, включая мастерклок, генерятся в приемнике спдиф и поэтому автоматически получаются строго синхронны, временная дисперсия у них минимальна. У момитко совсем другая история - мастерклок от кварца поступает напрямую на ЦФ, а все остальные сигналы, хоть и синхронны с ним, но с проделывают сложный путь через кабели и конверторы, где на них набегает приличный джиттер (временная дисперсия относительно мастерклока), что и требует включения того самого режима.
Вообще, конечно, надо просто посмотреть спектры синусов на выходе цапа и все станет ясно, есть ли проблемы в работе ЦФ или нет.

[Андрей К]

Offтопик:
Audiomaniac, Вам вопрос: Как влияет на формирование сигналов для ЦФ собственный джиттер ФАПЧ приемника CS8412? Справочная информация: CS8412 умеет оценивать стабильность входного потока. Из этого второй вопрос: Для чего ему эта "лишняя" функция? Ответив на два этих вопроса, Вы поймете, почему у меня "запело"!
Вопросы перенес в свою тему, хватит здесь оффтопить.

[Audiomaniac]

Offтопик:
Я хорошо понимаю, почему "у вас запело", вот только причина этого, к сожалению, не имеет никакого отношения к переключению режимов ЦФ..

[momitko]

У меня проблема с конвертером следующего рода:
Плата конвертера сначала была у меня установлена снаружи ЦАПа к задней его крышке через разъем D-SUB.
Далее к ней шли 2 коротких оптических кабеля от компьютера. Так вот, как-то мне надо было залезть в компьютер, я начал его выдвигать, но когда я это делал, то забыл, что плата конвертера соединан с компом этими двумя кабелями. Потянул я за компьютер, оптические кабели потянули за плату и плата конвертера из-за этого изогнулась.
После этого случая конвертер стал работать нестабильно. Начал пропадать звук. Когда я нажимал на плату конвертера, то звук появлялся, но потом опять пропадал. Тогда я взял проволоку и притянул его проволокой в одну сторону.
Затем я вытащил конвертер из гнезда, удлинил шлейф от ЦАПа до конвертера самнтиметоров на 5-10 и стал ложить его просто около ЦАПа. При этом сверху на плату не приходится ложить груз весом 1-2 кг. Иначе звука нет.
Сначала я думал, что все дело в контактах D-SUB разъема. Потом купил новый разъем, заново подпаял, но все осталось по старому. Замерял тестером контакты всех 15 контактов разъема со стороны платы и со стороны ответного разъема. Тестер везде показывает контакт. Значит дело не в разъеме. По всей видимости, когда плата изогнулась, где-то на плате что-то отошло. Но как мне теперь найти, где что отошло с учетом того, что это - четырех слойная плата?

---------- Добавлено в 23:17 ---------- Предыдущее сообщение в 23:12 ----------

Еще у меня есть вторая проблема, о которой я писал ранее. Моя карта Terratec Aureon время от времени (особенно в летнее время) не хочет работать от внешнего клока. Звук начинает так заикаться, что слушать невозможно. Когда переключаюсь на внутренний клок, то все становится нормально. Из-за чего? Не могу понять. Наверное, что-то нагревается на карте. Вот так зачастую мне приходится слушать музыку на внутреннем клоке т.к. на внешнем клоке просто не работает.

[KNLL]

Вариант один - хорошенько промазать плату жидкой канифолью и пропаять ВСЁ. Никаких активных и водосмываемых флюсов.
Если не поможет - значит повреждена плата, для четырёхслойки "выловить" место повреждения очень сложно - практически невозможно. В таком случак, пока работает прижатая - пусть живёт, загнется - увы, в утиль.

[momitko]

Самое интересное, что плата начинает работать только в том положении, когда она сгибается таким образом, что сжимается плата со стороны печатных дорожек, т.е. снизу, а расжимается сверху, т.е. там, где закреплены основные компоненты. И каким паяльником это можно пропаять? У моего паяльника жало слишком толстое...

[momitko]

Ура! Я нашел, где на плате был неконтакт: был непропай на одной из ножек IC2-IC5 или резисторов, их окружающих.
Теперь осталось разобраться, почему после прогрева компьютера внешняя синхронизация часто начинает срываться. Мне кажется, что скорее всего, дело в нагреве одного из элементов на плате, через которые приходит synchro in. Плата ЦАПа или конвертера тут не причем, т.к. после выключения компьютера и его перезапуска внешний клок начинает нормально работать, пока компьютер опять не нагреется. Может, стоит попробовать обдувать звуковую плату вентилятором и посмотреть, что это даст в плане стабильности работы платы от внешнего клока?

[momitko]

Сегодня я наконец-то убедился в том, что в срыве синхронизации моя карта не виновата, а виноват либо конвертер, либо ЦАП. Я случайно обратил внимание на то, что когда при внешнем клоке срывается синхронизация, оптический передатчик на конвертере начинает моргать, либо вообще тухнет. Т.е. сигнал синхры не идет. Даже при переключении на внутренний клок карты видно, что оптический передатчик на конвертере либо моргает, либо вообще не горит. Как же мне дальше выяснить виновника нестабильности синхро сигнала?

[momitko]

Пока у меня в голове 2 возможных виновника и 2 варианта пытаться решить проблему нестабильности synch out сигнала:
1. укоротить шлейф от ЦАПа к конвертеру. Он у меня подключен по RS485. Длина шлейфа сейчас около 20 см.
2. может быть проблема с оптическим передатчиком на конвертере? Я пока не хочу его сразу заменять на другой. А что если я временно подключу параллельно ему другой оптический передатчик TOTX173? Это не будет слишком большой нагрузкой для DIT4192?

[KNLL]

Нагрузочной способности хватит с лихвой.
для начала попробуйте поискать, где ещё может быть неконтакт. Может быть обрыв питания на плате после механического воздействия. Ещё вариант - могла повредится одна из "бусин" в питании - посмотрите те, что снизу, попробуйте временно закоротить.

Вопрос два - какое напряжение питания поступает на конвертер?

[momitko]

Нагрузочной способности хватит с лихвой.
для начала попробуйте поискать, где ещё может быть неконтакт. Может быть обрыв питания на плате после механического воздействия

Если бы это было так, то обрывалось бы питание всего конвертера и это было бы видно и слышно. В данном же случае все работает нормально как только я переключаюсь на внутренний клок. Значит, проблема касаетсч только той цепи, по которой проходит сигнал синхронизации.
Кроме того, если бы был неконтакт, то он бы исчезал при механическом воздействии на плату, но этого не происходит.
Далее, эта проблема с заиканием (нестабильностью сигнала synch out) возникла уже давно еще задолго до того, как я повредил контакт на плате.
Просто тогда я думал, что в этом виновата моя карта и только сейчас я понял, что она тут не причем.

Ещё вариант - могла повредится одна из "бусин" в питании - посмотрите те, что снизу, попробуйте временно закоротить.

Спасибо. Посмотрю.

Вопрос два - какое напряжение питания поступает на конвертер?

+8 вольт с БП ЦАПа.
Сейчас укоротил шлейф до 5 см примерно. Время от времени сигнал synch out пропадает, но потом быстро восстанавливается. Т.е. работать конвертер стал стабильнее, но проблема все равно не исчезла.
Попробую-ка я все таки параллельно имеющемуся оптическому передатчику подпаять другой на проводочках. Вдруг это он шалит?

---------- Добавлено в 18:09 ---------- Предыдущее сообщение в 17:49 ----------

Если бы на плате был какой-то неконтакт, то во время шевеления платы было бы видно и слышно, что дело в неконтакте. Когда я трогаю плату, ничего не меняется: сигнал synch out пропадает и возникает неожиданно независимо от того, трогаю я плату или нет. Поэтому тут скорее похоже на то, что какой-то элемент нагревается и из-за этого сигнал synch out прерывается.

[momitko]

Есть новая информация: как только начинает срываться синхронизация, это становится сразу слышно и видно, как моргает свет, идущий от оптического передатчика, но если остановить воспроизведение на компьютере, то оптический передатчик перестает моргать и светит стабильно. Как это понять? Значит все таки виновата карта?

---------- Добавлено в 21:03 ---------- Предыдущее сообщение в 20:05 ----------

Я тут думал, думал, как же это явление можно обьяснить? Все, что мне пришло в голову, это то, что с карты временами идет какая-то помеха, которую не слышно при работе на внутреннем клоке, но сразу слышно в виде кратковременного прерывания звука при работе от внешнего клока. Логично? Но каким образом эта помеха из канала spdif in проникает в канал sync out? Внутри конвертера? Тут я один не справлюсь. Требуется помощь более опытных товарищей...

[momitko]

Еще пища для размышлений: слушал я музыку часов 4 или 5 и вот вдруг сигнал sync вообще пропал. Оптический передатчик вообще не горит, даже после того, как я остановил воспроизведение. На внешнем клоке ничего не играет, а на внутреннем играет, но музыку глушит громкое шипение. Сейчас выключу компьютер и потом включу и посмотрим, что произойдет. ЦАП же и конвертер не буду выключать...