Помехи- одна из причин разного звучания ЦАПа

[Analog]

Здравствуйте, коллеги!
Решил поделиться измерением спектра помех. Как известно, звук сильно может поменяться при смене компа, ноута, и т.д... В настоящее время есть доступ к анализатору спектра R&S FSC3 (на абсолютные значения уровней прошу не смотреть, прибор не калиброван, поэтому только относительные замеры), решил померить, что видим на вводе цифрового питания ПП ДАКа (сам он макет на 4490) и шине ЮСБ. Транспортом являлся Фламенко Алексея Самсонова. Формат вывода- 24 бит, 96 к. Источники: одноплатник Распберри Пи 3, ноут, обычный ПК. Результаты ниже. Картинки подписаны в файле.

---------- Сообщение добавлено 00:17 ---------- Предыдущее сообщение было 00:15 ----------

На цифровом питании ЦАПа:


---------- Сообщение добавлено 00:19 ---------- Предыдущее сообщение было 00:17 ----------

На шине ЮСБ транспорта:


---------- Сообщение добавлено 00:20 ---------- Предыдущее сообщение было 00:19 ----------

Как видим, одноплатник самых тихий в плане помех. Как думаете, с какого компа лучше звук?
ПС. Что-то последняя фота отдельно прикрепилась..

[VladimirV]

участники темы тоже предлагают методы рассмотрений

Собственно, было бы интересно провести такой тест: выходы ЦАПа пропустить через качественный ФНЧ с частотой среза в 20 кГц. Причем, качество фильтра определялось бы не крутизной спада, а глубиной подавления спектра выше 100 кГц. Желательно с исключением пролаза по эфиру на вход УНЧ. И после этого провести слепое сравнение звучания от разных источников сигнала с разным уровнем внеполосных помех.
Мне кажется, такой фильтр помог бы отделить мух от котлет и более явно подсказать - куда грести надо. Сейчас ведь много комплектов звукотехнических, через которые хорошо слышно как на усилитель просто положили работающий смартфон.

[Slava!!!]

Собственно, было бы интересно провести такой тест: выходы ЦАПа пропустить через качественный ФНЧ с частотой среза в 20 кГц. Причем, качество фильтра определялось бы не крутизной спада, а глубиной подавления спектра выше 100 кГц.

То есть сделать фильтр с нормированным подавлением от 100 кГц до нескольких ГГц?

[ViktKors]

Вообще говоря, (имхо!) "проблема" введения USB имеет буквально пару самоочевиных моментов.

* забыли пока про оплетку *
1. Имеем два сигнальных проводника и два проводника питания.По сигнальным гуляют довольно крутые фронты, они так или иначе наводятся на жилы питания, в частности, как дифф помехи.
Значит, первое, что нужно сделать - закоротить эти помехи. Простейший случай - конденсатор.
Причем фронты быстрые, значит даже на малой индуктивности они дадут заметные напряжения. Вывод - конденсатор маленький, и снимать питание - прямо с его выводов, а не с разъема или еще как-то.

Итак:
а) ввели USB питания в плату - и сразу на конденсатор. Никаких полигонов, никаких длинных дорожек, подводим к конденсатору.
б) полигон питания платы и дорожку к бусине локального питания - подключаем к конденсатору, именно к нему, а не к дорожке между конденсатором и разъемом.


Дифф помехи в питании подавили. Остались синфазные. Откуда они берутся? - потенциал источника болтается относительно потенциала приемника. С точки зрения питания - ну болтается и пусть, важно, важно, чтоб эта "болтанка" не мешала работать плате, т.е. чтоб ток выравнивания не создавал значительного напряжения на плате. Фактически, чтобы плата имела низкоимпедансный земляной полигон. Но с этим вроде как обычно +/- складывается.

2. Есть сигнальные проводники. Они дифференциальные, а приемник имеет некоторый запас на синфазку. Т.е. когда между источником и приемником идет "болтанка", сколько-то от нее (за счет падения синфазного тока на заметно индуктивном импедансе проводников питания в кабеле) приходится и на сигнальный вход.
Если это беспокоит, то можно отделить этот вход от разъема синфазным дросселем. Много не нужно, если исходить из индуктивности 5-ти метрового кабеля в несколько микрогенри, достаточно было бы дросселя аналогичной индуктивности - в 0805 это что-то порядка 100 Ом.
2а. USB линия данных должна быть согласована по импедансу. И если на НЧ синфазник работает хорошо, на совсем высоких частотах, его импеданс для дифф сигналов уже не нулевой, что заставляет использовать обращать внимание на этот фактор, выбирая дроссели не очень большого сопротивления (опять-таки, где-то до 100 Ом).
2б. USB (емнип, исключая USB3) использует не только дифф сигналы, но и синфазные импульсы (относительно питания). Они не очень быстры, и обычно не составляют проблемы, но из-за них синфазный импеданс синфазника нельзя делать большим (точно так-же как и ставить дополнительную индуктивность в земляную жилу кабеля там или ничего, или синфазник на весь кабель) - и снова, речь о максимуме под 100 Ом.

Короче говоря, по итогу выбор опционального синфазника в линию данных ограничивается относительно небольшими значениями, скажем 60-90 Ом.


3. Осталась оплетка. В обычном случае она сажается на корпус. Грубо говоря, чтобы для внезапно прилетевшей молнии был низкоимпедансный путь, а "токи выравнивания" шастали по оплетке, а не по линиям питания и данных.
Но понятно, что если по хорошему, земля платы должны быть под тем-же потенциалом по синфазке, что и оплетка, поэтому небольшая емкость между выводом оплетки и землей корпуса, естественно, должна стоять.

3а. Наша проблема в том, что в ЦАПах мы хотим гальваноразвязку и сажать оплетку на корпус приемника не будем. Ну тогда нет смысла желать странного и стоит минимизировать индуктивность линии (меньше падение напряжения - меньше проблем), присоединив оплетку к земле приемника. Если хочется чистоплюйства, чтоб возвратный ток питания на НЧ преимущественно шел через жилу питания, а не по оплетке, можно поставить резистор с сопротивлением побольше активного сопротивления жилы питания (до десятка Ом) и зашунтировать его конденсатором. Ну или просто одноОмный резистор, все равно обычно в питании на НЧ нет ничего существенного.



****
****

Что и как "мерять приборами" не очень понятно вообще.

Если сделать ввод питания нормальным образом, то обмер дифф помехи в питании USB приемника не даст ничего - низкий ESR мааленького керамического конденсатора убивает все на корню. Оно конечно понятно, что за 3 мм от него уже можно обнаружить много чего, но это проблема платы а не USB.
Уж на втором-то конденсаторе (после бусины) в нормальном случае точно ничего не получиться обнаружить. Ну разве что помехи на щуп.

Синфазные помехи и их подавление в типичном случае измеряют как падение на чем-то вроде резистора в 50 Ом, которым замыкают цепь для синфазки (источник - кабель - синфазник - 50 Ом - земля - источник). Но в условиях гальваноразвязки эта цепь замыкается не через 50 Ом, а через пару пикофарад изолятора плюс неопределенная индуктивность соединительных кабелей. Т.е. по сути измеряется не синфазная помеха, а какое-то из проявлений электромагнитной обстановки в комнате.
Более того, синфазная помеха в пределах устройства зависит не столько от линии и источника, сколько от реализации приемника. Например, массивный земляной полигон своим низким импедансом обусловит ничтожный уровень синфазных помех внутри платы.

Измерять что-либо на аналоговом выходе - тоже не должно иметь особого смысла. В нормальном ЦАП там нечего смотреть. Ну то есть если снимать сигнал для анализа экранированным кабелем прямо с точки выхода на нормальной плате с нормальными земляными полигонами, там не будет ничего (все то же самое, выходной конденсатор закоротит все на землю). Если снимать с RCA выхода, то конечно наловится много чего, но это будет тест "антенности" конкретного RCA коннектора. Тогда уже сразу щупом с крокодилом на проводке к плате заземляться - богатые спектры обеспечены.

Хуже всего (ИМХО) с синфазкой дело обстоит из-за того, что даже если приемник-ЦАП вообще моноплатная конструкция и синфазка в пределах ее совершенно неуловима (на аналоговых выходах нет совсем ничего), все это хозяйство затем подключается к усилителю. Фактически, синфазная помеха от компа сквозит через ЦАП к УНЧ и как раз в нем начинается самое веселое. УНЧ (любительские) редко когда делают моноплатными, и у синфазной помехи есть тысячи способов превратиться в дифф помеху, начиная от РГ (или платы с реле) "на проводочках" и заканчивая самим УНЧ (обычно с довольно раскидистым монтажем).
Т.е. по сути (пр условии нормального ЦАП) в тесте-прослушивании влияния компа на ЦАП на самом деле происходит тестирование УНЧ на способность противостоять помехам.

[Walter]

в смысле снять гальваноразвязку?

В смысле в готовом и собранном цапе сдуть саму мс гальваноразвязки, что бы и плата ЮЗБ интерфейса стояла на своем месте и была активна, и плата ЦАПа тоже стояла под питанием.

Просто что бы между ними связи небыло совсем, кроме воздушного промежутка, обусловленного действующим конструктивом.
Интересно вот это намерянное, оно через конструктив лезет или именно через мс гальваноразвязки.

Если именно через мс гальваноразвязки, то всё, приехали. Или пробовать других принципах, типа опто, магнито или конденсаторные.
Или совать пару SFP с разносом на полметра.

Если через конструктив, то искать где емкость образуется и недопускать в последствии.

[Slava!!!]

В смысле в готовом и собранном цапе сдуть саму мс гальваноразвязки, что бы и плата ЮЗБ интерфейса стояла на своем месте и была активна, и плата ЦАПа тоже стояла под питанием.

Просто что бы между ними связи небыло совсем, кроме воздушного промежутка, обусловленного действующим конструктивом.
Интересно вот это намерянное, оно через конструктив лезет или именно через мс гальваноразвязки.
Если через конструктив, то искать где емкость образуется и недопускать в последствии.

Маловероятно, чтобы во Фламенко присутствовала конструктивная емкость, заметно большая 2 пф гальваноразвязки. Это надо специально постараться так сделать - организовать большой нахлест земель на многослойке или что-то наподобие.

[Alex]

. Осталась оплетка. В обычном случае она сажается на корпус.

С какой стороны?

3а. Наша проблема в том, что в ЦАПах мы хотим гальваноразвязку и сажать оплетку на корпус приемника не будем.

Одно с другим как-тот не связано - земля приемника обычно назодится ДО развязки, в одном полтенциале с USB и оплеткой.

[Analog]

ViktKors, мне кажется вы правы насчёт наведенных помех от линии дата на соседние провода питания ( в кабеле юсб). У меня и на плоском шлейфе между цап и транспортом на провод питания последнего сотни мВ помехи наводятся. Т. е питание транспрта идет от цапа по десятипарному шлейфу. Их можно зашунтировать емкостью 0805 прямо на штырьках разъёма. вот как сделан мой текущий транспорт от Энергетика. Емкости ( 2,2 мкФ 0805 и полимер на 100) на юсб питание давно навесил, после увиденного на осциллографе. На фото, конечно, не видно резистор 1 Ом в разрыв земли, его кондер закрывает
Возможно сам автор сможет прокомментировать разводку usb разъёма.

---------- Сообщение добавлено 16:35 ---------- Предыдущее сообщение было 16:30 ----------

Walter, мне кажется не в самом чипе развязки дело, просто задавить помехи где-то надо

[Slava!!!]

ViktKors, вот как сделан мой текущий транспорт от Энергетика. Емкости ( 2,2 мкФ 0805 и полимер на 100) давно навесил, после увиденного на осциллографе. На фото, конечно, не видно резистор 1 Ом в разрыв земли, его кондер закрывает
Возможно сам автор сможет прокомментировать разводку usb разъёма.

---------- Сообщение добавлено 16:35 ---------- Предыдущее сообщение было 16:30 ----------

Walter, мне кажется не в самом чипе развязки дело, просто задавить помехи где-то надо

Кстати, забыл спросить

При подаче сигнала от Распберри была ли заметная разница в звучании и измерениях при работе Распберри от повербанка и от сетевого БП?

[Analog]

Slava!!!, да. От батареи заметно лучше звук. На картинке вроде есть в первом посте

---------- Сообщение добавлено 16:46 ---------- Предыдущее сообщение было 16:43 ----------

Walter, идея соединить на макетке несколько микрух гальваноразвязки последовательно совсем интересная стала)

[energetik]

На фото, конечно, не видно резистор 1 Ом в разрыв земли, его кондер закрывает
Возможно сам автор сможет прокомментировать разводку usb разъёма.

резистор 1 Ом не в разрыв земли, а

3а. Наша проблема в том, что в ЦАПах мы хотим гальваноразвязку и сажать оплетку на корпус приемника не будем. Ну тогда нет смысла желать странного и стоит минимизировать индуктивность линии (меньше падение напряжения - меньше проблем), присоединив оплетку к земле приемника. Если хочется чистоплюйства, чтоб возвратный ток питания на НЧ преимущественно шел через жилу питания, а не по оплетке, можно поставить резистор с сопротивлением побольше активного сопротивления жилы питания (до десятка Ом) и зашунтировать его конденсатором. Ну или просто одноОмный резистор, все равно обычно в питании на НЧ нет ничего существенного.

, т.е. между корпусом юсб разъёма и землёй платы.

Питание от USB в болеро предусмотрено для проверки работоспособности. В ЦАПе всегда использую отдельный источник питания для интерфейса.
В чарльстоне питание от USB не используется вообще и не разведено на плате совсем.

[Zloi_Santa]

попробуй, всё то-же самое, но гармоники измерять на входе clk м/с ЦАП...

[Analog]

Zloi_Santa, шутите наверное

energetik, спасибо за информацию. Есть мысли, как можно «проапгрейдить» болеро в плане ЭМИ, емкостей навесить? Или в нем все самодостаточно?

[energetik]

energetik, спасибо за информацию. Есть мысли, как можно «проапгрейдить» болеро в плане ЭМИ, емкостей навесить? Или в нем все самодостаточно?

В свои ЦАПы я ставлю штатные интерфейсы без "апгрейдов". Результат устраивает.

[VladimirV]

Т.е. по сути (пр условии нормального ЦАП) в тесте-прослушивании влияния компа на ЦАП на самом деле происходит тестирование УНЧ на способность противостоять помехам.

Ну так я об этом выше и толковал. И в теме Хрюна про NOS-ЦАПы тоже. Но товарищи как то не очень хотят смотреть в эту сторону.

То есть сделать фильтр с нормированным подавлением от 100 кГц до нескольких ГГц?

Как минимум до одного гига хотя бы. Но этого мало. Кабель ЦАП-УНЧ должен быть обязательно балансным. А вход УНЧ эффективно подавлять синфазную помеху тоже как минимум до одного гигагерца. Те балансные входы, что работают только на НЧ не катят - ВЧ помеха пролезет дальше. Если УНЧ с ОООС и приличными кабелями к АС - обязательно должна быть защита выхода по ВЧ от попадания помехи в цепь ОООС с нагрузки.
В общем, суть мероприятий - защитить п\п приборы внутри УНЧ от внеполосных помех. Это нужно делать не только для защиты от ВЧ помех источника контента. Но и от них же, производимых при передискретизации и цифровой фильтрации уже внутри микросхемы ЦАПа.

[Slava!!!]

Slava!!!, да. От батареи заметно лучше звук. На картинке вроде есть в первом посте

---------- Сообщение добавлено 16:46 ---------- Предыдущее сообщение было 16:43 ----------

Walter, идея соединить на макетке несколько микрух гальваноразвязки последовательно совсем интересная стала)

Тогда наиболее вероятным является все-таки синфазная помеха с замыканием через питающую сеть.

Странно, что в моем случае разницы замечено не было - через комп или ноутбук с батарейным питанием. Правда, это чисто на слух - мерять было нечем.

---------- Сообщение добавлено 15:06 ---------- Предыдущее сообщение было 15:02 ----------

Ну так я об этом выше и толковал. И в теме Хрюна про NOS-ЦАПы тоже. Но товарищи как то не очень хотят смотреть в эту сторону.

Как минимум до одного гига хотя бы. Но этого мало. Кабель ЦАП-УНЧ должен быть обязательно балансным. А вход УНЧ эффективно подавлять синфазную помеху тоже как минимум до одного гигагерца. Те балансные входы, что работают только на НЧ не катят - ВЧ помеха пролезет дальше. Если УНЧ с ОООС и приличными кабелями к АС - обязательно должна быть защита выхода по ВЧ от попадания помехи в цепь ОООС с нагрузки.
В общем, суть мероприятий - защитить п\п приборы внутри УНЧ от внеполосных помех. Это нужно делать не только для защиты от ВЧ помех источника контента. Но и от них же, производимых при передискретизации и цифровой фильтрации уже внутри микросхемы ЦАПа.

Даже каждый из отдельных перечисленных пунктов тянет на хороший НИОКР для отраслевого НИИ.

[ViktKors]

С какой стороны?

На источнике - всегда.

На приемнике - варианаты

Одно с другим как-тот не связано - земля приемника обычно назодится ДО развязки, в одном полтенциале с USB и оплеткой.

Да пусть ее, это "землю приемника".
Речь шла о "корпусе приемника" - это фактически земля ЦАП после развязки.

( 2,2 мкФ 0805 и полимер на 100) н

имхо, полимер там излишен. Ему если и есть место (естественно в смд - так это прямо на ногах питания проца).

Питание от USB в болеро предусмотрено для проверки работоспособности. В ЦАПе всегда использую отдельный источник питания для интерфейса.
В чарльстоне питание от USB не используется вообще и не разведено на плате совсем.

Да понятно, что каждый делает под свои потребности.

Мне показалось разумным сделать все "комповые" цепи внутри ЦАП сделать максимально компактно (в т.ч. чтоб никакие провода с "комповой" земли не болтались внутри ЦАП), потому и питание от USB.
Тем более, что в силу того, что ток потребления небольшой, а чувствительные цепи вроде клока все равно отсутствуют. USB питания вполне хватило.

[energetik]

Мне показалось разумным сделать все "комповые" цепи внутри ЦАП сделать максимально компактно, потому и питание от USB. Тем более в силу того, что на нем висит минимум потребителей, а чувствительные цепи вроде клока все равно отсутствуют. USB питания вполне хватило.

Ситуация: ЦАП выключен. Интерфейс питается от USB компа и подключен к нему. MCLK отсутствует по понятной причине. Реакция ОС на подключенный интерфейс с отсутствующим мастерклоком может быть весьма различной. Либо надо предусматривать размыкание питания USB при отсутствии питания ЦАПа.

[VladimirV]

Даже каждый из отдельных перечисленных пунктов тянет на хороший НИОКР для отраслевого НИИ.

Да ладно! Достаточно иметь навыки проектирования ВЧ-устройств с соблюдением электромагнитной гигиены разработки. У нас мужики, проектирующие 4G и 5G базовые станции делают так на автомате - для них это само-собой разумеющееся требование. Никаких особых НИОКР тут не надо.

Но когда мы слушаем музыку "крутого" сетапа с чистым звучанием, а кому то из слушающих позвонили по телефону - и мы слышим этот вызов из АС - то это халтурный сетап. Однозначно!

[Slava!!!]

Да ладно! Достаточно иметь навыки проектирования ВЧ-устройств с соблюдением электромагнитной гигиены разработки. У нас мужики, проектирующие 4G и 5G базовые станции делают так на автомате - для них это само-собой разумеющееся требование. Никаких особых НИОКР тут не надо.

Но когда мы слушаем музыку "крутого" сетапа с чистым звучанием, а кому то из слушающих позвонили по телефону - и мы слышим этот вызов из АС - то это халтурный сетап. Однозначно!

А когда мы цепляем в цепи звукового сигнала ВЧ клипсы и подобные устройства, применяемые "на автомате" разработчиками ВЧ устройств - мы долго удивляемся, куда девался звук. А потом смотрим спектроанализатор (обычный, на звуковые частоты) - и видим ужас...

[VladimirV]

А когда мы цепляем в цепи звукового сигнала ВЧ клипсы и подобные устройства,

Если это делать как момитько - то и результат будет ожидаемым. Надо делать "на автомате", а не "без ума". Это совсем разные вещи.