USB аудио транспорт York Pico

[eclipsevl]

Для моих проектов мне требовался USB транспорт для вывода звука и еще один канал для управления устройством. Например, для управления DSP.

В прошлый раз я решил эту задачу с использованием USB хаба и USB to Serial конвертера. Таким образом, из 3 чипов собирался нужный мне интерфейс:
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=87081

Попытка объединить все в одном чипе была с проектом от maxssau на XMOS. Тоже рабочее решение, но большая проблема с доступностью чипов, особенно в нужном корпусе.

Таким образом вариант развития транспорта на pic32mz показался мне самым логичным. Первый прототип модуля был основан на проекте Алексея: по схемотехнике он практически полностью повторял оригинальный проект и был рассчитан на вывод двухканального аудио, плюс последовательный интерфейс. В процессе тестирования прошивки на основе оригинального исходного кода было выявлено несколько проблем при работе в разных ОС. Также не был до конца реализован последовательный порт.
Свою версию прошивки с исправлениями я выкладывал в оригинальной теме и на гитхаб: https://github.com/eclipsevl/york_pic32mz_uac2_osfw/

https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post3173229

После этого продолжил работу над нужными мне функциями. И понеслось Были реализованы:
1. Бутлоадер. Необходим для обновления прошивки по USB, без программатора.
2. Гибкая конфигурация устройства с помощью утилиты для ПК (она же используется для обновления прошивки)
3. HID интерфейс для передачи служебной информации и конфигурации устройства. Изначально я планировал использовать последовательный порт, но HID подходит куда лучше.
4. Последовательный интефейс, может быть включен опционально.
5. Различные дополнительные варианты вывода аудио: s/pdif, 8 канальный tdm, двойной i2s (для использования некоторых ЦАП поканально в моно режиме)
6. Различные варианты тактирования: генераторы модуля, внешний клок (слейв режим), тактирование от внутренней PLL.
7. I2C порт и библиотека для интеграции с SigmaStudio: для одновременного ввода/вывода аудио и программирования DSP ADAU.

Последнее на данный момент является уникальной комбинацией и удачно вписывается в проекты DSP: https://www.diyaudio.com/community/t...6#post-7522832

Утилита для конфигурации и обновлентя прошивки выглядит так:

Настройка имени устройства и PID/VID

Аудио интерфейс:

Возможности на данный момент:
1. Ввод до 2 каналов PCM, до 192кГц (384кГц при внешнем тактировании 1024fs)
2. Вывод 2 каналов PCM, до 192кГц
(384кГц при внешнем тактировании)
3. Вывод 8 каналов в режиме TDM8 (до 96кГц, при тактировании от PLL)
4. Вывод 2 каналов S/PDIF, до 192кГц при тактировании от PLL


Ну и конечно в самом простом варианте этот модуль может работать аналогично Аманеро, в слейв или мастер режиме.
DSD еще не тестировал.

Фото модуля, вторая версия.

Дополнительный 4 пиновый разъем может быть конфигурирован как i2c/uart/gpio, также используется для принудительного входа в бутлоадер (в случае неудачного обновления ПО).

Доступен в двух вариантах: USB-C и USB-B. Сам транспорт довольно компактен: уместится на площади около 2х2 см - некоторым важно для интеграции в другие устройства.

Сейчас партия едет с производства в РФ, как будут готовы - повешу объявление в толкучке. Ну и документацию тоже нужно написать

Эту тему создаю для обсуждения/обратной связи.

P.S. выражаю огромную благодарность:
1. Алексею Dortonyan за публикацию проекта. Его работа легла в основу и без нее этот проект никогда бы не состоялся
2. Всем бета-тестерам первой версии

[maxssau]

если будет версия с изоляторами, думаю есть смысл распаять генераторы со стороны цапы, прямо на плате транспорта

[eclipsevl]

если будет версия с изоляторами, думаю есть смысл распаять генераторы со стороны цапы, прямо на плате транспорта

А под какие генераторы посадочные места?

[maxssau]

можно попробовать универсальный футпринт под 2520 - 7050, на каких то платах попадался такой

[JazMan]

Согласен. Купил бы себе такой.

+1

[eclipsevl]

Чтож, тогда получается есть запрос на мини-версию без генераторов, на двуслойке. Получится, конечно, дешевле, но не сильно. Чуть позже посчитаю.

И версия с ПЛИС (и видимо гальваноразвязкой).
Для себя еще хотел версию с dc-dc на +/-15в, для питания ЦАП от USB.

[antecom]

Чтож, тогда получается есть запрос на мини-версию без генераторов, на двуслойке. Получится, конечно, дешевле, но не сильно. Чуть позже посчитаю.

В мини-версии меня, например, прельщает не столько цена, сколько минимальная ёмкость с земли USB на корпус ЦАП. Питание лучше сделать от USB с хорошим стабом типа LP5907 и посадочным местом под полимерный электролит (помимо керамики). Внешнее питание не нужно.

[Alex]

Питание лучше сделать от USB с хорошим стабом типа LP5907 и посадочным местом под полимерный электролит

И на всякий случай софтстарт не забыть.
Большинтсво USB-источников конечно пережуют и так, особенно на десктопах, но могут попасться и "слишком умные".

[eclipsevl]

В мини-версии меня, например, прельщает не столько цена, сколько минимальная ёмкость с земли USB на корпус ЦАП. Питание лучше сделать от USB с хорошим стабом типа LP5907 и посадочным местом под полимерный электролит (помимо керамики). Внешнее питание не нужно.

Сейчас tps7a20, рекомендуемая замена lp5907.

И на всякий случай софтстарт не забыть.
Большинтсво USB-источников конечно пережуют и так, особенно на десктопах, но могут попасться и "слишком умные".

Не совсем понял о чем речь. Софтстарт для LDO? А какие проблемы без него могут возникнуть? Там не такие уж дикие токи.

[Alex]

Не совсем понял о чем речь. Софтстарт для LDO?

Не для LDO, а для элеткролита перед ним (на VBus).

А какие проблемы без него могут возникнуть?

Если просьба:

и посадочным местом под полимерный электролит (помимо керамики)

Относится к конденсаторам микрофарад 50 и больше на входе, то по стандарту, емкость на VBus без софтстарта не должна превышать 20мкф.
И оно реально так - у меня на работе были проколы, когда в девайсе стояло 10-20мкф на входе, и естествено софтстарта небыло. А когда потом по разным причинам приходилось туда еще 20-50мкф добавлять,то некоторые ноутбуки, многие планшеты и почти все телефоны очень обижались на такие емкости.

Там не такие уж дикие токи.

Токи (InRush Current) как раз достаточно "дикие", но весь "вопрос" - это резистор, кондансатор и полевичек в сот32, общей стоимостью в полкопейки.

[dortonyan]

И версия с ПЛИС (и видимо гальваноразвязкой).
Для себя еще хотел версию с dc-dc на +/-15в, для питания ЦАП от USB.

А еще... розетку для утюга.

eclipsevl, я бы делал максимально компактно, из расчета установки модуля прямо на плату. Чтобы на материнской плате транспорт "съедал" как можно меньше площади.
Гальваноразвязку юзеры сами выберут на своей плате - какая им больше нравится. А может кому-то она и вовсе не нужна.
Тактовые генераторы на транспорте тоже лишние, ибо их место рядом с ЦАП или АЦП. Иначе будут бесконечные холивары с отслушиванием транспортов.
В крайнем случае, если для юзера хорошие генераторы дефицитны - их можно продавать в комплекте с платой транспорта. Опять же, вспоминается JLSound, которые помимо транспортов продают и генераторы NDK.
dc-dc - это вообще специфичная вещь, которую опять же лучше отдать на откуп юзеру. На выходном разъеме транспорта можно просто предусмотреть пин +5В питания с разъема USB для подключения dc-dc, и пин +2,7...+3,3В для питания гальваноразвязки.
Вот плисина, на мой взгляд - вещь однозначно полезная, если не на много дороже и выполнена компактно. Т.к. при объеме примерно 8к туда можно всунуть и ЦФ с выводом для параллельных ЦАП, и PCM-to-DSD конвертер для однобитных ЦАП. Т.е. дает много простора для творчества.
Все выше описанное - сугубо мое ИМХО.

И оно реально так - у меня на работе были проколы, когда в девайсе стояло 10-20мкф на входе, и естествено софтстарта небыло.

При использовании линейных стабов больше и не нужно. 10мк 0805 по входу LDO вполне хватит.
Хотя я бы вообще использовал для питания транспорта степ-даун с понижением до 3-х вольт. Чтобы максимально снизить ток потребления от USB и, как следствие - минимизировать влияние кач-ва USB кабеля.
Главное выбирать с фиксированным PWM режимом (без экономичного PFM мода).
У меня такой сейчас в транспорте. Сам степ-даун в сот-23, дроссель типоразмера 1210 (можно 3х3мм, что тоже компактно). Получилась красота: минимального габарита, без нагрева и с минимумом помех.
Единственное что на выходе степ-дауна у меня емкость относительно большого номинала: 220мк полимерный тантал + 10мк 0805 керамика.

[Alex]

При использовании линейных стабов больше и не нужно. 10мк 0805 по входу LDO вполне хватит.

В моих USB-транспортах и в ЦАПах оно и стоит, но выше была просьба о полимерном электролите, помимо керамики.

[eclipsevl]

Не для LDO, а для элеткролита перед ним (на VBus).

Тогда понятно. Но я тоже не вижу смысла в больших электролитах, 10мкФ + мелкая керамика 0.1 у пинов мк достаточно. В случае с dc-dc на +/- уже будет другой разговор.

А еще... розетку для утюга.

eclipsevl, я бы делал максимально компактно, из расчета установки модуля прямо на плату. Чтобы на материнской плате транспорт "съедал" как можно меньше площади.
Гальваноразвязку юзеры сами выберут на своей плате - какая им больше нравится. А может кому-то она и вовсе не нужна.

Согласен, всегда нужно знать когда остановиться но пока что я только собираю мнения. А плата с dc/dc чисто моя хотелка, хочу себе сделать цап с питанием от usb.

В целом Ваша точка зрения мне ближе.

Хотя я бы вообще использовал для питания транспорта степ-даун с понижением до 3-х вольт. Чтобы максимально снизить ток потребления от USB и, как следствие - минимизировать влияние кач-ва USB кабеля.
Главное выбирать с фиксированным PWM режимом (без экономичного PFM мода).
У меня такой сейчас в транспорте. Сам степ-даун в сот-23, дроссель типоразмера 1210 (можно 3х3мм, что тоже компактно). Получилась красота: минимального габарита, без нагрева и с минимумом помех.

Я применял такой же в первой версии транспорта, но отказался в пользу LDO из-за стоимости BOM и сборки: применить два одинаковых tps7a20 выходит в несколько раз дешевле.

[dortonyan]

Но я тоже не вижу смысла в больших электролитах, 10мкФ + мелкая керамика 0.1 у пинов мк достаточно.

У пинов МК можно ставить любую емкость. На бросок тока при включении она не влияет, т.к. ток ограничит LDO стабилизатор.

хочу себе сделать цап с питанием от usb.

Это понятно, просто на мой взгляд dc-dc лучше перенести на плату ЦАП. Т.к. транспорт - девайс универсальный, а у разных ЦАП требования по питанию могут быть разные. Иному может быть и +5В с порта без развязки достаточно.
И, кстати, +/-15В как-то многовато. Современные ОУ без проблем работают и при напряжениях +/-5..8В. Делать выше - лишний перевод тока из USB порта в тепло.

[Alex]

В случае с dc-dc на +/- уже будет другой разговор.

О чем?
Ну стоят у меня в 8-й серии ЦАПов дс-дс, даже два - на +/- для аналога и на 5в для цифры.
На входе - та-же керамика, без всяких электролитов и софтстартов.

[JazMan]

eclipsevl, если можно, пожелание к мини-плате.
Хотелось бы иметь USB на краевых контактах, чтобы иметь возможность разместить его на основной плате.
Хочу попробовать его вместо Flamenco, чтобы встало штатно на его место.

[eclipsevl]

eclipsevl, если можно, пожелание к мини-плате.
Хотелось бы иметь USB на краевых контактах, чтобы иметь возможность разместить его на основной плате.
Хочу попробовать его вместо Flamenco, чтобы встало штатно на его место.

Хорошая идея, добавил.
Платы что-то задерживаются, так что пока работаю над версией с ПЛИС. Все-таки пока остановился на MAX10. В одном и том же корпусе есть плис с 2/4/8/16к LUT. Влезет все

Также попробовал выводить разделенный поток на левый и правый канал напрямую на мультибитные ЦАП, 16/20 бит.

Сверху вниз: sck, data left, data right, latch. Конфигурация на 16 бит.


Протестировал с PCM1702 (20 бит)

[dortonyan]

Платы что-то задерживаются, так что пока работаю над версией с ПЛИС. Все-таки пока остановился на MAX10. В одном и том же корпусе есть плис с 2/4/8/16к LUT. Влезет все

Зачем набортные генераторы на две сетки? Опять для совместимости с аманерой?
В таком исполнении какие генераторы не поставь - джиттер все равно получится "конский".
Может лучше генерить каким-нить ПЛЛ? А кому надо качественное тактирование - будет пользоваться входом обратной синхронизации.
И для платы с плисиной я бы все таки заложил в схему степдаун, т.к. мах10 может серьезно добавить потребляемого тока.

Также попробовал выводить разделенный поток на левый и правый канал напрямую на мультибитные ЦАП, 16/20 бит.
Сверху вниз: sck, data left, data right, latch. Конфигурация на 16 бит.

О, отлично!
Округление с дизерингом добавляли, или пока просто сдвиг с отбрасыванием бит?
По идее пиком можно даже простой шейпер (1-го порядка) обсчитать. Я даже продумывал реализацию обсчета с круглением:
На приеме пакета данных от хоста сохраняем данные в отдельный небольшой промежуточный циклический буфер (на 2..3 пакета), инкрементируем счетчик семплов на принятое кол-во и устанавливаем флаг события приема пакета.
А в главном цикле проверяем флаг события. Если установлен - выполняем пересчет данных из промежуточного буфера с округлением в нужную разрядность и с сохранением результата в основной циклический буфер.
После каждого пересчитанного семпла декрементируем счетчик семплов и повторяем процедуру, пока тот не обнулится.

[eclipsevl]

Зачем набортные генераторы на две сетки? Опять для совместимости с аманерой?
В таком исполнении какие генераторы не поставь - джиттер все равно получится "конский".
Может лучше генерить каким-нить ПЛЛ? А кому надо качественное тактирование - будет пользоваться входом обратной синхронизации.
И для платы с плисиной я бы все таки заложил в схему степдаун, т.к. мах10 может серьезно добавить потребляемого тока.

Эту часть я вообще не трогал, поставил плис чтобы понять какие пины задействовать. Вариантов много

О, отлично!
Округление с дизерингом добавляли, или пока просто сдвиг с отбрасыванием бит?
По идее пиком можно даже простой шейпер (1-го порядка) обсчитать. Я даже продумывал реализацию обсчета с круглением:
На приеме пакета данных от хоста сохраняем данные в отдельный небольшой промежуточный циклический буфер (на 2..3 пакета), инкрементируем счетчик семплов на принятое кол-во и устанавливаем флаг события приема пакета.
А в главном цикле проверяем флаг события. Если установлен - выполняем пересчет данных из промежуточного буфера с округлением в нужную разрядность и с сохранением результата в основной циклический буфер.
После каждого пересчитанного семпла декрементируем счетчик семплов и повторяем процедуру, пока тот не обнулится.

Пока просто сдвигом с отбрасыванием бит. По поводу второй части - у меня подобный механизм реализован: данные принятые по USB копируются в промежуточный буфер, а копирование в кольцевой буфер делает процессор. Вызывается функция-обработчик такого вида:

void usb_audio_data_trasform_none(uint8_t* data_in, uint16_t data_size, audio_ringbuf_t* ringbuf)
{
// 2 channel, 32 (4 bytes) bit/sample
int* audio_samples_in = (uint32_t*)data_in;
int* audio_samples_out = (uint32_t*)(ringbuf->adr + ringbuf->ptr);

...

}

Здесь можно успеть что-то сделать, но процессорного времени очень мало. Но дизеринг должен влезть.

[Pyku_He_oTTyda]

eclipsevl, мое восхищение проделанной работой!

[eclipsevl]

eclipsevl, мое восхищение проделанной работой!

Спасибо!

Сегодня наконец-то получил сообщение что платы добрались в РФ.

Еще из новостей: запилил полноценный USB<->UART бридж, нормально работает одновременно с выводом аудио, в том числе с передачей больших кусков данных.
Все хорошо если закоротить RX-TX, потерь данных нет. А вот ESP32 прошить не получается почему-то. Видимо ей важно чтобы в пакете не было пауз. Придется, видимо, DMA прикручивать.