ЦАП на AD1853 под управлением микроконтроллера

[Candidate]

Представляем цифро-аналоговый преобразователь на AD1853, работающий под управлением микроконтроллера.

Первоначально, хотелось изготовить несложный ЦАП на доступной элементной базе. Выбор пал на ЦАП, описанный на страничке Maniac (вариант 2) ввиду (как изначально показалось!) легкой повторяемости. Печатная плата – это немного доработанный проект, представленный And$er (rev. B).

Нельзя сказать, что изготовление шло гладко: как всегда при практической реализации не обошлось без мелких ошибок (типа ошибок трассировки ПП), но и серьезные сюрпризы тоже имели место (из 4 операционных усилителей один оказался бракованным).

Однако, когда очевидные ошибки были устранены, при первых запусках устройство продемонстрировало не впечатляющее качество звука. Явно сильнее обычной звуковой карты компьютера, но ничего выдающегося. Подробно проблема освещалась на Форуме.

При детальном изучении фирменной документации на микросхемы приемника и ЦАП было сделано предположение, что проблема заключается в некорректном построении слова данных на выходе приемника SPDIF.

Для решения проблемы был разработан модуль управления на базе микроконтроллера, который позволяет
1) Управлять режимами работы микросхемы ЦАП по интерфейсу SPI
2) Читать информацию с приемника сигнала (DIR9001) и конфигурировать его
3) Изменять все возможные настройки микросхем во время работы с помощью единственного валкодера с одновременным отображением на ЖКД необходимой информации.

Модуль управления обладает и такими удобными функциями как регулировка громкости, плавное нарастание громкости при включении, индикация частоты выборок входного сигнала и т.п.

Первое же прослушивание устройства с подключенным модулем управления позволило правильно сконфигурировать режимы работы всех микросхем и получить удивительный прогресс в качестве звука. В настоящее время ЦАП «переигрывает» связку "Привод CD"+"Усилитель"+"АС" весьма неплохого уровня. Звук, полученный с ЦАП, отличается детализацией верхних частот, глубоким динамичным басом, чёткой серединой и проработанным объемом сцены. Впечатляет четкостью одновременная передача разных частот и разноуровневых сигналов. В целом звучание очень приятное, прослушивание комфортно, музыку легко слушать часами.

Конструктивно ЦАП выполнен на 4 платах:
1) Плата силовых трансформаторов
2) Плата первичных стабилизаторов
3) Модуль цифро-аналогового преобразования
4) Модуль управления

Данное конструктивное исполнение позволило избежать классических проблем электромагнитной совместимости. Устройство работает устойчиво, не подвержено влиянию излучения мобильного телефона (даже лежащего на плате ЦАП, с включенным передатчиком), и не пропускает в звуковой тракт "шум" цифровой части.

Для тех, кто с настороженностью относится к применению микропроцессорных устройств в схеме управления ЦАП, можем сказать, что отключение управляющей части от ЦАП не приводит к изменениям как субъективно (на слух), так и объективно (по осциллографу).

Температура всех микросхем едва заметно выше температуры окружающей среды.

Справедливости ради надо отметить, что, после применения модуля управления, была сделана попытка восстановить "неправильное" звучание ЦАП (которое он имел изначально). Оказалось, что этого легко добиться, принудительно поменяв формат входных данных и количество бит в RJSM.

При реализации проекта были применены следующие пакеты САПР: Multisim, Proteus, PCAD.

Благодарим Maniac, And$er за открытые схемные решения, на базе которых был начат этот проект, а также всех участников форума за полезные советы и ссылки, которые позволили этот проект осуществить!

23 сентября 2009 года добавлена схема электрическая принципиальная и библиотека элементов.
19 февраля 2010 года проект "Модуль управления" закрыт.

[dortonyan]

При конфигурации у меня тоже вылазили подобные глюки (и тишина в одном канале и звук абыкакой). Долго я занимался изменением таймингов ресета и всех прочих, пока во время конфигурации не отключил данные на входе цап.
Т.е. пауза после ресета перед конфигурацией ничего не меняет, как и тайминги конфигурации (лижь бы они вписывались в нормы). Главное во время конфига не подавать на вход 1853 данные или, возможно, достаточно отключить только один из входных сигналов, например LRCK.

[Pyku_He_oTTyda]

Т.е. пауза после ресета перед конфигурацией ничего не меняет

Очень даже влияет, просто если не выдержать паузу, 1853 не воспринимает конфигурационную посылку.

[yan]

Главное во время конфига не подавать на вход 1853 данные или, возможно, достаточно отключить только один из входных сигналов, например LRCK.

Какие-то шаманские камлания начались.
Как вы предполагаете тогда работу регулировки уровня громкости, например? Тормозить данные?
Громкость на лету регулируется.
И все изменения конфигурации работают без остановки аудиопотока.

[krulfa]

Сколько времени проходит после "отпускания" RESET до залива конфигурации через SPI?

У меня 64 мс - стандартная задержка после инициализации МК. Данных в этот момент не было.
В общем, причина просматривается - несанкционированная загрузка данных во внутренние регистры. Когда CDATA = 0, нули случайно пишутся в регистр громкости, как раз получается - в левый, а если CDATA = 1, что-то случайно пишется в регистр конфигурации, так как то, что стоит на CDATA, как раз и есть последний разряд, определяющий, в какой регистр пойдет загрузка.
Возможно, проблему можно обойти, жестко посадив CLATCH на землю - не будет перепада вверх, не будет и лишней загрузки.

---------- Добавлено в 17:10 ---------- Предыдущее сообщение в 17:06 ----------

АДВ уже писАл не раз, что в режимах LJ и I2S цифровой фильтр 1853-й работает с косяками. Зачем опять создавать себе проблемы и пытаться их решить, юзайте в RJ.

Я читал об этом, но в моем случае для запуска RJ требуется менять схему и резать дорожки. Так что если можно обойти, оч. хор.

[dortonyan]

Очень даже влияет, просто если не выдержать паузу, 1853 не воспринимает конфигурационную посылку.

Я же не говорю, что паузы не должно быть вообще. Просто ее значение не принципиально (опять же при отключеных данных на входе, в противном случае - согласен, влияет и при ориделенных таймингах можно получить вообще хрипящий звук или, как было у меня, неработоспособность при оприделенных условиях режима 8x). В моем случае этой задержкой служит естественная задержка МК при отработке команд, т.е. несколько микросекунд.

Какие-то шаманские камлания начались.
Как вы предполагаете тогда работу регулировки уровня громкости, например? Тормозить данные?
Громкость на лету регулируется.
И все изменения конфигурации работают без остановки аудиопотока.

При чем здесь шаманство? Я пишу о том, что опробовано на практике. Может есть и другие способы конфигурации и другие объяснения вышеописанных глюков, просто я не вкурсе.
Если можете поделиться чем-то дельным по данному вопросу - буду рад.
Насчет регулирования громкости - это другой регистр в ЦАП, и работает он возможно подругому, но с ним я не экспериментировал, поэтому точно не знаю.
И вообще под отключенными данными на входе я не подразумевал их обязательное прерывание (просто в моем случае это было прерывание), возможно загрузку конфига нужно успеть сделать до прихода следующего периода LRCK и при высоком быстродействии схемы конфигурации (и/или при ее синхронизации с мастерклоком) вообще никаких проблем не будет, но это опять таки надо проверять, утверждать не буду.

[yan]

dortonyan,
Обычно в примерах и библиотеках производителей
скорость хардварного SPI выставляется максимальной, а это может быть 25-30 МГц и выше.
В вашем случае скорость PIO так же может оказаться слишком высокой.
Я не гнался за высокими скоростями, и данные конфига у меня идут довольно медленно, сотни микросекунд на бит.

Далее, если питание конфигурирующего микроконтроллера будет нарастать медленнее питания ЦАПа, то и будет слетать громкость и конфиг.
Сброс ЦАПа у меня контролируется через PIO микроконтроллера.
В итоге никаких глюков нет.

[dortonyan]

В моем случае дело не в питании, т.к. ресетил контроллер в работающем состоянии, т.е. при гарантированно установившихся напряжениях питания.
И опять же, при варьировании задержки после ресета получал обсалютно разные результаты от отказа режима 8x до вообще нерабочего состояния, но лучший результат был при минимальной задержке.
Без сигналов на входе с ЛЮБЫМИ задержками все гуд. Что и наводит меня на мысль о необходимости применения относительно быстрого конфигуратора. Повторюсь - возможно для того чтобы уложиться до очередного или до первого перепада LR.

---------- Добавлено в 01:18 ---------- Предыдущее сообщение в 01:12 ----------

krulfa, а вы не пробовали тупо заресетить DIR9001 и залить конфиг в цап.
Интересно, будет ли в таком случае разница от изменения таймингов, описанная вами выше...

[Wired]

Без сигналов на входе с ЛЮБЫМИ задержками все гуд. Что и наводит меня на мысль о необходимости применения относительно быстрого конфигуратора.

а меня наводит на мьісль о помехах, от входного сигнала на управление.

[dortonyan]

Тоже посетила такая мысль.
Контроллер у меня запитан от одного источника с ASRC. Данные я отключал ресетом ASRC, но при этом отключаются и помехи от него как по питанию, так и по линиям передачи данных. Хотя, рядом с контроллером своя керамическая емкость, а наводки от сигнальных цепей...... кажется маловероятным. Тем более, что топологически они разнесены по разные стороны от ЦАП.

---------- Добавлено в 10:03 ---------- Предыдущее сообщение в 10:00 ----------

Опешите, кто-нибудь, свой опып конфига медленным контроллером и алгоритм конфига 1853. Может что-нибудь и прояснится.....

[Ромыч]

А в чем смысл применения контроллеров SPI для 1853, если там все режимы (кроме РГ, он он нам не нужен) можно и соответствующими ногами установить? Проблемы могут быть только с режимом RJ - его ногами можно только в 24 бита установить, для 16-ти бит как раз понадобится SPI. Во всех остальных случаях он там как зайцу пятая нога.

[yan]

RJ - его ногами можно только в 24 бита установить, для 16-ти бит как раз понадобится SPI. Во всех остальных случаях он там как зайцу пятая нога.

Но записи-то в основном 44/16. Получается, RJ16 - самый нужный режим.

Опешите, кто-нибудь, свой опып конфига медленным

Что конкретно интересует?
У меня конфиг такой: mcu, плис и цап. У всех индивидуальные стабилизаторы.
Супервизор присоединён только к микроконтроллеру.
Сброс ПЛИС и ЦАП производится через PIO микроконтроллера, устанавливается сразу, с самом стартапе,
а снимается нескоро, только после определения скорости входного потока аудиоданных.

[Ромыч]

Но записи-то в основном 44/16. Получается, RJ16 - самый нужный режим.

добить 8 нулей и слушать в 24

[yan]

добить 8 нулей и слушать в 24

... ровно с тем же успехом, что и в LJ/i2s режимах.

[dortonyan]

Что конкретно интересует?

Сам алгоритм загрузки (последовательность ресетов и задержек всей систеиы при данной процедуре) и скорость конфига (частота битклока).

[Serge_L]

А в чем смысл применения контроллеров SPI для 1853

Смысл в том, что 1853 недоделанный продукт, который по разному звучит без конфигурации и с ней.
Собственно, эта ветка и была открыта нами два года назад для того, чтобы поделиться этой информацией.

[Ромыч]

ровно с тем же успехом, что и в LJ/i2s режимах

а тут и добавлять ничего не надо.

---------- Добавлено в 21:03 ---------- Предыдущее сообщение в 20:57 ----------

по разному звучит без конфигурации и с ней

Насколько я помню, вся разница свелась как раз к косякам работы ЦФ в режимах I2S/LJ. А то, что не у всех получается нормально SPI прикручивать - это не проблемы продукта. В 29-ке управление по SPI отлично работает.

[dortonyan]

Насколько я помню, вся разница свелась как раз к косякам работы ЦФ в режимах I2S/LJ. А то, что не у всех получается нормально SPI прикручивать - это не проблемы продукта. В 29-ке управление по SPI отлично работает.

Поддерживаю!
И в связи с этим хотелось бы уже конкретно определиться - как правильно заливать конфиг в AD1853 и закрыть вопрос.

[Pyku_He_oTTyda]

Да вроде код в этой ветке приводили.
Если проводить лабораторную работу, то для выявления проблем надо просить у тех, кто проблемы имеет, выложить тайминги и осциллограмы.
Что бы вы не считали меня голословным, вот это устройство было изготовлено для конфигурации 1853 несколько лет назад (в 2009 г.).
Все режимы и РГ переключались без проблем, на лету. Никакие данные в этот момент не тормозились.

[Denisius]

Да. Как его, конфиг биш правильно заливать? Закрыть вопрос.
Как там с 1955 дела обстоят, по дефолту прокатит или тоже без конфигурирования в РЖ16 никак?

[dortonyan]

Да вроде код в этой ветке приводили

А алгоритм какой??? - это интересует. Что такое SPI итак понятно, см. пост 254.

---------- Добавлено в 23:28 ---------- Предыдущее сообщение в 23:08 ----------

Как там с 1955 дела обстоят, по дефолту прокатит или тоже без конфигурирования в РЖ16 никак?

АДВ где-то писал, что у AD1955 с форматами проблем нет. В принципе можно пользовать и по дефолту.