USB ЦАП на PCM1794 c усилителем для наушников

[Aclii]

Всем доброго времени суток!

Скажу сразу, что в цапострое я новичек, но уже в течение года слежу за устройствами, создаваемыми в этой ветке. Тема именно USB цапа для меня актуальна из-за его мобильности и наличия большого количества музыкального контента в различных lossless форматах. Встроенный усилитель для наушников сглаживает отсутствие достойной акустики, поэтому 90% времени слушаю музыку на FostexT50RP.

Схема цапа можно сказать классическая для подобного рода устройств: PCM2706->ADUM1400->SRC4192->PCM1794->AD823+AD845->TPA6120, а предпочтение деталям от TI было отдано из-за наличия таковых. Некоторые узлы (I\U + LPF, стабилизаторы на M5230L) были позаимстованы из опубликованых схем цапов Lynx*а, за что Дмитрию отдельное спасибо.

В аналоговой части используются выводные электролиты Elna Silmic II и пленка Wima FKP2, в цифровой части SMD электролиты Panasonic FP. Генератора 2 (Si530) на сетки частот 44.1 и 48 кГц, выбор правда осуществляется подачей питания на требуемый генератор. Резисторы ОС I\U преобразователя фольговые 0805 от Vishay.

Плата ЦАП четырехслойная размером 185х95, аналоговая и цифровая земли PCM1794 соединяются напрямую под корпусом микросхемы. Блок питания пока не готов и собран на макетках, аналоговая часть и усилитель для наушников имеют отдельные клеммы подключения питания и стабилизаторы для каждого канала. Помимо выхода на наушники выведен на клеммы и линейный выход. Измерения проводил с использованием EMU 0202 (у нее нет стерео входа, поэтому спектры сняты для каждого канала ЦАП отдельно).

Сравнить звучание с аналогичными устройствами не могу, так как нет опыта, но полученным результатом очень доволен и сильно надеюсь, что большего не захочется

*Обновлено:
1. AD823 заменен на LM6172 с уменьшением конденсатора в ОС до 22пФ;
2. Удалил конденсаторы 100пФ с токовых выход PCM1794 на землю;
3. Удалил резисторы компенсации нулевого тока PCM1794;
4. Усилитель для наушников переработан в композит AD823+TPA6120 c Ку=4,3

Принципиальная схема устройства: PCM1794 DAC Schematic.pdf

Фото собранного устройства и чистой печатной платы:


Спектры измеренные на линейном выходе ЦАП и выходе для наушников с помощью SpectraPlus и EMU 0202:

Линейный выход (0дБ - 2В RMS) по уровням -3,-6,-10,-20 дБ:



Выход на наушники, нагрузка 50 Ом (0дб - 2В RMS) по уровням -3,-6,-10,-20 дБ:

[Electrovoicer]

поздравляю! на новичка, в понимании этого форума, Вы не тянете. к сожалению, с этой конструкции всё у Вас и начнется =)
Если хотите критики (хотя будет ли она конструктивной, большой вопрос?) - выложите схему и гербер-файлы

[SergVKS]

Четырёхслойная плата это конечно хорошо, но IMHO вместо PCM2706->ADUM1400->SRC4192 лучше бы стоял один разъём честного I2S. И ещё один момент - AD823 здесь лучше заменить на что-нибудь помощнее типа lm6172.

[And$er]

А почему трассировка такая загадочная, с ОУ выхлопа на другом слое? Логичнее было бы перекинуть СМД обвязку этих ОУ на bottom слой, а все выводные оставить на стороне top-а

[Ромыч]

вместо PCM2706->ADUM1400->SRC4192 лучше бы стоял один разъём честного I2S.

Человек же сказал - его целью была универсальность. А вообще для первого цапа очень даже хорошо. Вот только вместо 1794 хотябы AD1853 чтоли поставили Но в целом - зачотно!

[aal]

Круто для "новичка" . Поздравляю!

Из не дочётов (не ошибки):
1. на переключение генов стоило сделать разъём.
2. 6012 лучше загнать было в композит - тогда избавляетесь от дрейфа 0....

А так мне даже не много понравилось.

Удачи....

[Lynx]

Симпатичная платка. Конечно, замечаний можно наковырять немало, но, если устройство успешно выполняет поставленные перед ним задачи, то это будут, по большому счёту, придирки. Реально устройство интересное и приятное, кроме того, есть БОЛЬШОЙ потенциал для дальнейшего роста.

[Grigori G.]

Солидная конструкция

Регулятор громкости какой? Если программный, то... хм... я бы сделал по-другому (но это мое ИМХО).

[Mic Dragon]

Поздравляю, нашего полку прибыло!
Красиво! Для первой конструкции - так вообще супер! По поводу необычной раскладки деталей по слоям - все же соглашусь с замечанием, лучше бы крупные детали наверх а резисторы вниз, а регулятор громкости программный бяка, лучше добавьте нормальный сдвоенный потенциометр.

[Aclii]

Если хотите критики (хотя будет ли она конструктивной, большой вопрос?) - выложите схему и гербер-файлы

Спасибо ) Схема вроде есть в первом посте, герберы оформил, правда послойно, а то получается "каша":

Верхний слой со сверловкой и маской: Top & Drills.pdf
Второй слой (земляные полигоны) со сверловкой и маской (для "навигации"): L2 & Drills.pdf
Третий слой (полигоны питания) со сверловкой и маской (для "навигации"): L15 & Drills.pdf
Нижний слой со сверловкой и маской (для "навигации"), по сути, чисто номинальный и можно было без него обойтись: Bot & Drills.pdf

[Aclii]

Четырёхслойная плата это конечно хорошо, но IMHO вместо PCM2706->ADUM1400->SRC4192 лучше бы стоял один разъём честного I2S. И ещё один момент - AD823 здесь лучше заменить на что-нибудь помощнее типа lm6172.

Согласен на счет PCM2706->ADUM1400->SRC4192, тем более что это еще и адаптивный режим USB, просто в то время когда разрабатывал схему и плату, на форуме еще не было (или я не заметил) flash транспортов как Ваш или energetik*a, а связываться с CD транспортом, для меня означало - делать стационарный аппарат, чего очень не хотелось. Добыть готовый асинхронный USB 2.0 чип вроде Tenor TE7022L, тоже не вышло. На счет lm6172, большое спасибо за подсказку, постараюсь заказать и попробовать, меня и самого мучает, то что AD823 нагружена всего на 1к (других фольговых резисторов на момент закупки просто не было) и работает с великоватым для нее током нагрузки (облегчил ее режим работы вводом резисторов компенсирующих нулевой ток, как в AD1955 и цапах Nazar*a).

---------- Добавлено в 11:27 ---------- Предыдущее сообщение в 11:22 ----------

А почему трассировка такая загадочная, с ОУ выхлопа на другом слое? Логичнее было бы перекинуть СМД обвязку этих ОУ на bottom слой, а все выводные оставить на стороне top-а

Не знаю насколько это в итоге помогло, но интуитивно хотел разместить оу и конденсаторы ФНЧ, близкорасположенные к цифровой части ЦАП, на "тихую" сторону платы, чтобы земляной слой выступал в роли экрана от высокочастотных излучений цифровой части. Может проблема надумана или преувеличена, но мне как-то спокойнее от этого )

---------- Добавлено в 11:58 ---------- Предыдущее сообщение в 11:27 ----------

Из не дочётов (не ошибки):
1. на переключение генов стоило сделать разъём.
2. 6012 лучше загнать было в композит - тогда избавляетесь от дрейфа 0....

1. Думал над этим, но видя преобладающее количество контента с 44.1к, решил что переключать буду только "по праздникам" и оставил dip-переключатель;
2. Не совсем понял формулировку "композит", Вы имеете в виду дифференциальное включение ? Дрейф нуля на выходе AD845 c холодного старта до полного прогрева у меня получился в пределах 0.3 мВ, думаю это не смертельно ), правда на выходе TPA6120 присутствует постоянка в районе +9 мВ, которая никак не уменьшается даже при смещении "0" AD845 в -5мВ, я так понимаю это особенность 6120 и значение постоянки может варьироваться от экземпляра к экземпляру.

Спасибо на добром слове )

[Aclii]

Регулятор громкости какой? Если программный, то... хм... я бы сделал по-другому (но это мое ИМХО).

а регулятор громкости программный бяка, лучше добавьте нормальный сдвоенный потенциометр.

Сложный для меня вопрос, все-таки хоть и хороший потенциометр, но фактически электро-механическое изделие со всеми вытекающими отсюда недостатками, тему эту мало изучал, но настораживает тот факт, что люди делают дискретные регуляторы громкости на реле или галетных переключателях. С программным регулятором тоже не все так гладко как хотелось бы - недавно провел тест програмных проигрывателей Foobar и Cplay (извиняюсь, если это оффтоп, но возможно в этом причина не любви к программным аттенюаторам) на предмет регулирования громкости.

Условия тестирования следующие:
1. Сгенерирован wav файл 16 бит 44.1кГц с тестовым синусом -3db, после чего проигрывался на программных плеейерах с различными установками громкости.

Результаты:

Foobar 0db (итого -3dB) параметр "Output Format" в значении 16bit:Foobar 16bit 0db.pdf
Foobar -7db (итого -10dB) параметр "Output Format" в значении 16bit:Foobar 16bit -7db.pdf
Foobar -37db (итого -40dB) параметр "Output Format" в значении 16bit:Foobar 16bit -37db.pdf

После наблюдения внесенных артефактов установил параметр "Output Format" в значении 32bit.

Foobar 0db (итого -3dB) параметр "Output Format" в значении 32bit:Foobar 32bit 0db.pdf
Foobar -7db (итого -10dB) параметр "Output Format" в значении 32bit:Foobar 32bit -7db.pdf
Foobar -37db (итого -40dB) параметр "Output Format" в значении 32bit:Foobar 32bit -37db.pdf

Проигрыватель Сplay изначально позиционируется "аудиофильский" плеер только с 32битной обработкой сигнала и мощным SRC, поддерживает только ASIO вывод сигнала, однако вот результаты:

Cplay 0db (итого -3dB): cPlay ASIO 0db.pdf
Cplay -7db (итого -10dB): cPlay ASIO -7db.pdf
Cplay -37db (итого -40dB): cPlay ASIO -37db.pdf

[Grigori G.]

все-таки хоть и хороший потенциометр, но фактически электро-механическое изделие со всеми вытекающими отсюда недостатками, тему эту мало изучал, но настораживает тот факт, что люди делают дискретные регуляторы громкости на реле или галетных переключателях.

Но ведь можно применить и злектронные регуляторы громкости, например из серии PGA23xx.

[Lynx]

Сложный для меня вопрос, все-таки хоть и хороший потенциометр, но фактически электро-механическое изделие со всеми вытекающими отсюда недостатками, тему эту мало изучал, но настораживает тот факт, что люди делают дискретные регуляторы громкости на реле или галетных переключателях.

По этому поводу могу сказать одну вещь - собственный программный аттенюатор микросхем ЦАП даже при небольшом ослаблении субъективно дает худшие результаты даже по сравнению с простеньким регулятором на каком-нибудь ALPS RK09. Это я проверял неоднократно в том числе и на AD1853, PCM1738, PCM1792, ES9018.

[Aclii]

Но ведь можно применить и злектронные регуляторы громкости, например из серии PGA23xx.

Вариант с PGA23xx мне кажется не очень удачным, так как это еще один активный прибор в цепи сигнала со своими искажениями и шумами, к которому еще надо реализовать цифровое управление, что по трудоемкости сильно проигрывает классическому потенциометру.

По этому поводу могу сказать одну вещь - собственный программный аттенюатор микросхем ЦАП даже при небольшом ослаблении субъективно дает худшие результаты даже по сравнению с простеньким регулятором на каком-нибудь ALPS RK09. Это я проверял неоднократно в том числе и на AD1853, PCM1738, PCM1792, ES9018.

Думаю, что сложность алгоритма реализованного в этих и подобных чипах может быть ограничена вычислительной мощностью/площадью кристалла/стоимостью производства микросхемы, в следствие чего данная функция носит характер "опции", да и графики/спектры работы регулятора громкости в даташите скромно умолчали, только упомянув про регистры и принцип работы. В моем случае управление громкостью осуществляется на стороне источника (в PCM1794 нет прямого цифрового управления громкостью) - программного плеера (в конкретном случае Foobar), где разработчка ПО не стесняют большие вычислительные потребности и разрядность выполняемых операций, так же это открывает большой простор для выбора, можно просто поменять проигрыватель

Хотя с другой стороны, скорее всего програмное управление громкостью проиграет качественному потенциометру, так как при уменьшении уровня сигнала, появляется другая проблема - микросхема цап "переходит в работу на младших разрядах", где становиться актуальным вопрос о линейности модуляторов и уровне собственного шума, что в итоге даст худшие результаты по динамическому диапазону и уровню искажений.

Вы меня убедили, спасибо всем затронувшим эту тему. Аналоговому регулятору громкости - Быть!

[Sad_Fox]

В моем случае управление громкостью осуществляется на стороне источника (в PCM1794 нет прямого цифрового управления громкостью) - программного плеера (в конкретном случае Foobar), где разработчка ПО не стесняют большие вычислительные потребности и разрядность выполняемых операций, так же это открывает большой простор для выбора, можно просто поменять проигрыватель

Foobar новых версий так же портит звук при уменьшении громкости, при уровне -10Дб уже слышна явная деградация.

[Lynx]

Foobar новых версий так же портит звук при уменьшении громкости, при уровне -10Дб уже слышна явная деградация.

Лично я её слышу при ЛЮБОМ уровне, отличном от 0дБ.

[scarp]

Не совсем понял формулировку "композит"

Включение на выходе маломощного ОУ мощного буфера с общей ОС. Как правило, качество выходного сигнала композита определяется первым ОУ.
https://forum.vegalab.ru/showthread.php/38915, статья Уолта Янга
https://forum.vegalab.ru/showthread.php/8391

[Полковnik]

Мои поздравления, очень интересная конструкция! Где изготавливались печатные платы, если не секрет?

[-STORM-]

Платы класс Отличная работы для первой конструкции это шедевр
P.S. На AD1853 было бы по лучше.