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:

[Aclii]

Включение на выходе маломощного ОУ мощного буфера с общей ОС. Как правило, качество выходного сигнала композита определяется первым ОУ.

Спасибо большое за разъяснение, постараюсь учесть эту топологию в следующей конструкции, если все же решусь...)

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

Спасибо, это не секрет, вот адрес http://www.pselectro.ru, хотел сделать именно там, находясь под неизгладимым впечатлением от D44. Однако, как потом выяснилось, черную маску и иммерсионное золото они для прототипных (1шт) экземпляров не делают

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

Спасибо, на самом деле это первая конструкция, которую не так стыдно показать другим, до этого я мучался с ЛУТ*ом и фоторезистом и после изготовления в домашних условиях двухсторонней платы, решил что пора что-то менять)

[Sad_Fox]

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.

Возможно немного не в тему, но как тогда обеспечить нормальный звук PCM1792? Собственный аттенюатор не годится, софтовый тоже. Причем PCM1792 (или её даташитовская обвязка) явно плохо играет при воспроизводимых уровнях больших -6Дб.

[Nikolay_Po]

Для PCM1794 AD823 в качестве U/I слабоват. При таком большом уровне входного тока, который даёт на свой выход PCM1794, AD823 будет давать больший уровень искажений, чем, например, AD811. Почитайте ветку http://audioportal.su/showthread.php?t=7276 по замене операционников в CD-плеерах (в их ЦАПах). Думаю, часть обоснований фразы Рыси о большом потенциале Вашего ЦАПа содержится там.

[Aclii]

Для PCM1794 AD823 в качестве U/I слабоват. При таком большом уровне входного тока, который даёт на свой выход PCM1794, AD823 будет давать больший уровень искажений, чем, например, AD811. Почитайте ветку http://audioportal.su/showthread.php?t=7276 по замене операционников в CD-плеерах (в их ЦАПах). Думаю, часть обоснований фразы Рыси о большом потенциале Вашего ЦАПа содержится там.

Согласен, меня это тоже беспокоит (да и нагрузка в 1к великовата для нее, Дмитрий где-то советовал ниже 1,5к не нагружать), хотя с дополнительными резисторами от -15В (без них уровень искажений был действительно больше) собственно на AD823 уже приходится не -2,3..-10.1 мА, а по +3,2..-4,6 мА, что уже не так страшно, тут посоветовали побробовать LM6172 вместо, уже заказал, на следующей неделе попробую и отпишусь о результатах/впечатлениях.

Смущает только то, что у LM6172 параметр "Supply Current" (я так понимаю его можно интерпретировать как "ток покоя выходного каскада") равен 4.6..8 мА на корпус - 2,3..4 мА на одну секцию, а у AD823 параметр "Quiescent Current" 7..8,4 мА на корпус - 3,5..4,2 на секцию, то есть нельзя будет в случае LM6172 как и в AD823 гарантировать работу выходного каскада в классе "А". Немного сомневаюсь в правильности своих размышлений, если не трудно поправьте.

[Sad_Fox]

то есть нельзя будет в случае LM6172 как и в AD823 гарантировать работу выходного каскада в классе "А". Немного сомневаюсь в правильности своих размышлений, если не трудно поправьте.

Начальный ток ЦАП переводит практически любую ОУ в режим А, поскольку работает она со сдвигом средней точки. Другое дело, что AD823 совершенно не годится в I/U для PCM1794. В том числе и по итоговому звучанию.

[Aclii]

Начальный ток ЦАП переводит практически любую ОУ в режим А, поскольку работает она со сдвигом средней точки. Другое дело, что AD823 совершенно не годится в I/U для PCM1794. В том числе и по итоговому звучанию.

Ну так резисторы с -15В как раз и должны компенсировать нулевой ток PCM1794 равный 6,2 мА, что позволяет установить смещение выхода ОУ в "0" или близкое от него значение в зависимости от номинала этих резисторов, но даже при таком решении -3,9..+3,9 мА могут "выбить" выходной каскад ОУ из класса "А". Получу LM6172 и посмотрю как ее скорость и широкая полоса вкупе с мощным выходом, повлияет на итоговый результат )

[Sad_Fox]

Ну так резисторы с -15В как раз и должны компенсировать нулевой ток PCM1794 равный 6,2 мА

Извиняюсь. Не обратил внимания на них.

Получу LM6172 и посмотрю как ее скорость и широкая полоса вкупе с мощным выходом, повлияет на итоговый результат )

Возбуждения лишь бы не было.

[SergVKS]

Возбуждения лишь бы не было.

На грамотно разведённой плате - это вряд ли.

[scarp]

LM6172

ths4062, ths4012 - хороши для i/u.

[Aclii]

ths4062, ths4012 - хороши для i/u.

Только по даташитам, больше понравился ths4012, но в продаже нашел только в SOIC и MSOP, вроде как существуют и в керамическом DIP, но это видимо редкость и 600..700 рублей за корпус - она действительно того стоит ? )

[Lynx]

не следует забывать, что у большинства широкополосных ОУ достаточно большие значения входных токов и его дрейфа, а также относительно невысокий собственный коэффициент усиления, а это может приводить к повышенному дрейфу выходного напряжения и, в ряде случаев, к бОльшим искажениям сигнала по сравнению с классическими приборами.

[scarp]

Зато ВЧ помехи по входу хорошо переносят, и сами более линейны за счет эммитерных резисторов во входном каскаде.

[Lynx]

Если сравнивать ОУ с биполярным входом, то полностью согласен. Если же рассматривать ОУ с ПТ - то ситуация несколько иная.

[Aclii]

Так как сопротивление в 1кОм в качестве нагрузки для AD823 довольно велико, может для обеспечения более благоприятной работы ВК добавить буфером ЭП с источником тока, будет ли от этого польза ?

Упрощенная схема части ОУ+Буфер: IU (Buffered).pdf

[Sad_Fox]

Только по даташитам, больше понравился ths4012

Она возбуждается в I/U, как и LM6172 (специально проверил). Однако емкость конденсаторов ООС у меня 1000пФ. При 100пФ может и не будет, но нестабильность налицо. Вообще THS грязновато звучат. Есть LME49860, OPA2211, OPA827 - лучшие кандидаты в I/U для PCM179x. AD823 хороша в фильтре, но только с подтяжкой тока выходного каскада, генератором тока на полевике.

[Aclii]

Получил я LM6172, после установки, ничего не меняя, проверил - возбуждения нет (до 40 мГц осциллографом и температура корпуса в норме). После подбора конденсатора в цепи ОС, остановился на значении 22пФ.

Номиналы компенсационных резисторов нулевого тока PCM1794 были изменены на 2,4кОм (-15,08 В / 2394 Ом = 6,29 мА).

Изменено ослабление сигнала в части ФНЧ для соответствия 0db выходного сигнала уровню 2В RMS.

Из отмеченных на слух изменений в звуке - небольшое снижение акцента на СЧ\ВЧ, слушал всего минут 30 в наушниках, да и после измерений ушного усилителя, появились сомнения в достоверности полученных ощущений ).

В моем случае замена AD823 на LM6172 дала положительные результаты:

1. -3дБ 1кГц 44,1кГц:
2. -6дБ 1кГц 44,1кГц:
3. -10дБ 1кГц 44,1кГц:
4. -20дБ 1кГц 44,1кГц:
5. -1db IMD 7/8 кГц:

Хотелось бы еще попробовать в качестве I\U что-то похожее на LM6172, но с большим током покоя, хотя бы 10-12 мА и разобраться с большим уровнем искажений TPA6120 или доработать до "композита" на освободившихся AD823.

[Aclii]

Реализовал "композит" на AD823+TPA6120 с Ку=4,3, после чего все претензии к усилителю для наушников у меня исчезли

Немного измерений (нагрузка 50 Ом), уровню 0дб соответствует напряжение 2В RMS:

-3дБ 1кГц 44,1кГц - П:-3db 50 Ohm Right.pdf, Л:-3db 50 Ohm Left.pdf
-6дб 1кГц 44,1кГц - П:-6db 50 Ohm Right.pdf, Л:-6db 50 Ohm Left.pdf
-20дб 1кГц 44,1кГц - П:-20db 50 Ohm Right.pdf, Л:-20db 50 Ohm Left.pdf

[And$er]

После подбора конденсатора в цепи ОС, остановился на значении 22пФ

А каким критерием руководствовались при подборе?

[shkal]

Aclii, Чем были произведены эти измерения, что было источником и какая звуковая карта анализатором?

[Aclii]

А каким критерием руководствовались при подборе?

Так как ОУ довольно скоростной, то смысл этого конденсатора вижу только в компенсации входной емкости приложенной ко входу. В основном это форма сигнала на выходе I/U (1 и 7 вывод LM6172) в отсутствии сигнала, где присутствуют только побочные ВЧ сигналы работы модуляторов, вот сделал немного снимков с осциллографа (0,1 мкс 50 мв/дел):

1. Без конденсатора в ОС:
2. Емкость конденсатора 100 пФ:
3. Емкость конденсатора 68 пФ:
4. Емкость конденсатора 56 пФ:
5. Емкость конденсатора 39 пФ:
6. Емкость конденсатора 22 пФ: