ЦАП с питанием от USB

[maxssau]

Хочу рассказать об одной плате ЦАП, которая явилась результатом некой "лабораторной работы".

Начало здесь: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=84956

Учитывая, что это всего лишь хобби, то работа в этом направлении ведется крайне медленно.

Цели создания платы:

- качественный ЦАП, с питанием от USB + опционально аккумулятор (в планах 18650 одна или 2 банки, в зависимости от получившихся габаритов и времени непрерывной работы, так же необходимо учесть время зарядки)
- по возможности наименьший габарит
- минимум редкоземельных компонентов
- USB UAC 1, отсутствие специфических драйверов, в идеале 16/44 - 24/96.
- обязательно качественный выход на наушники.

Что рассматривалось в качестве кандидатов:

CS43L22 и ему подобные чипы (от AKM в том числе) - всё прекрасно, кроме характеристик аналогового выхода.
CS43131 и аналоги - не совсем понятно, есть ли LPF внутри чипа, т.к. производитель в даташите рисует непосредственное подключение к наушникам, а так же питание логики фиксировано и равно 1.8В, что крайне не удобно.

Т.к. палата по сути дела отработка идей и схемотехнических решений было решено взять старенький CS4398. В качестве транспорта - плата Чип И Дип USB Prime на STM32F042F6P6. Формат вывода фиксированный 24 бита 48 кГц Кстати большинство минусов получившейся платы именно по прошивке контроллера.

LPF фильтр по схеме от AK4490 для DSD режима, за исключением первого конденсатора между дифф. линиями (С49 и С55), т.к. выход ЦАПы оказался очень нежным и искажения подскочили до 0.002%, поэтому фильтр получился скорее 2 порядка, чем 3 как заявлено в даташите. ОУ в фильтре - полюбившийся мне LM4562.

Усилитель для наушников - собственная схема, начало здесь: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2693677
ОУ - TPA6120A2 паре с LM4562. Номиналы обвязки ОУ подобраны таким образом, что бы Ку усилителя был 1, по сути дела это просто повторитель. Есть определенные "грешки" у данной схемы, но первое прослушивание показало что звук хороший, на замерах мелкий шум и нет роста Кг, это скорее от разводки ПП.

Питание. Здесь всё не однозначно, поэтому было решено попробовать DC-DC преобразователи. Для формирования 5В и 3.3В питания ИМС ЦАП использован AM1LS-0509S-NZ, для двухполярного питания LPF и усилителя для наушников AM2DM-0509DH60-NZ. Сразу на выходе DC-DC стоит простейший LC фильтр. Питание аналоговых цепей от малошумящих LDO стабилизаторов TPS7A4901 и TPS7A3001.
В широкой полосе шума от DC-DC замечено не было, стабилизаторы отлично подавляют пульсации. Напряжение аналоговых цепей +-7В.
Так же на плате есть второй разъем USB для подключения питания, в итоге он не пригодился и не установлен.

Общий потребляемый ток от USB порта составил 330мА при подключенных наушниках 32 Ом и комфортном уровне громкости. В теории можно уменьшить, например заменив ADUM1400 на что то менее прожорливое.

Стабилизаторы для DVDD - LP2985-3V3, для AVDD LP2985-5V0. Для VREF решено было использовать опробованный метод - REF195 и НЧ фильтр.

Применяемая элементная база - в большинстве случает SMD, резисторы, конденсаторы - 0603, что не так удобно при пайке.

Для экономия питания, на плате нет реле MUTE.

Что получилось в итоге:



Замеры:

Скрытый текст

Линейный выход:



Пара картинок с RMAA:



Выход для наушников мало чем отличается от линейного, поэтому приведу только несколько штук, где есть небольшая разница:

[свернуть]

Результат хороший, немного страдает взаимное проникновение, а так же растёт THD+N на ВЧ ( дополнения: после не хитрых манипуляций с номиналами выхлопа, выяснилось, что растет именно шум, а Кг остаётся на том же самом уровне, не зависимо от частоты, скорее всего проблема с какой то из линий питания), но мне разбираться лень, т.к. плата отладочная и будет скорее всего кататься вместе с ноутбуком по командировкам. SNR получился 110 дБ, что не так плохо, но конечно можно было бы и лучше. По идее можно поиграться с фильтрами питания, по крайней мере в LPF.



Из минусов - тонна косяков в прошивке контроллера, так же необходимость убрать поддержку HID, т.к. кнопок нет. Есть проблемы с перезагрузкой. Будет время и желание переделаю, если транспорт перекачует куда то еще. Так же есть проблемы с разъемом наушников, коротит на землю, при вставке в него штекера, нужно искать что то лучше.

Есть проблемы со стартом CS4398 - питание AVDD должно подаваться гораздо раньше DVDD, для этого был установлен супервизор и "замедлен" старт стабилизатора на 3.3В, но этого оказалось не достаточно, поэтому вместо супервизора в итоге прижилась RC цепочка.

По звуку. Звучит ярче чем AKM, без особых акцентов, так же показалось что детализация немного выше чем у 4493. Пару месяцев на отслушку и поиск косяков.

В конечном варианте будет всё таки CS43198, обещают меньший ток потребления, меньшие искажения, но будут определенные неудобства с преобразователями уровней на 1.8В.

[Hrun]

maxssau, 0 дБ?

[maxssau]

maxssau, 0 дБ?

да всё равно, -3 будет оптимально

[Hrun]

если не сложно, покажите пару картинок: THD на 1 кГц, на 75 Гц и 6 кГц, мне для общего развития.

Не меня бы об этом просить, но я не отказался. Моя шестнадцатибитная звуковуха не позволила выявить серьёзные косяки в работе Санскрита.

1 кГц, 0 дБ. Записано по уровню в районе -12 дБ, так как дальше уже могут пойти искажения звуковухи. Тем не менее что-то внизу видно. Для сравнения второй канал без сигнала.


Остальные графики с размытой гармоникой, так как взяты из свип-тонов. Другого не нашлось.

1 кГц, -3 дБ.


76 Гц, -3 дБ.


6 кГц, -3 дБ.


Дополнительно я и другими сигналами Санскрит погонял. Никаких явныхкосяков в пределах 44/16 не обнаружил, в отличие от моего ЦАПа на TDA1541.

Не слышу я разницы, совсем.

Это странно, так как слышно даже разницу при смене цифровых фильтров.
В частности, это не только мы слышим.

[maxssau]

Отлично, спасибо, хорошая информация к размышлению.

По поводу прослушивания и отличий в звуке, я не берусь достоверно утверждать, что явно слышу отличие, т.к. заметил за собой эффект "новой детальки", поэтому для достоверного решения в пользу какого то выбора мне необходимо пару недель отслушать каждый из режимов(даков, усилителей и пр.) после чего я могу сказать что услышал отличие и/или нравится или не нравится

[Hrun]

Я согласен. В-принципе, вдвоём можно для режимов фильтра Санскрита и слепое прослушивание устроить. Разница с TDA1541 настолько большая, что даже сомнений не возникает. Только вот откуда она берётся...

[Hrun]

Послушали повнимательнее. Всё уже не так радужно.

Друг ещё у себя послушал этот Санскрит. Подведя итог, сказал, что звук какой-то игрушечный. А так, дополнительно, хороший объём/сцена на средних, верх и низ зажат. Но я считаю его мнение предвзятым. Теперь настраивает комп для прослушивания по USB.
Дополнительно могу сказать, что он остановился на третьем фильтре, а я на первом.

[maxssau]

https://www.ixbt.com/live/digs/smsl-...iosistemy.html

да что то санскрит не особо блещет параметрами

По последней плате, делал замеры без корпуса, в принципе получается как у Lynx Aurora

https://prosound.ixbt.com/interfaces...608/2444.shtml

а это мои

2444.zip

Я закончил с поиском своего звука, хватит, полученный результат перекрывает потребности, поэтому плавно перехожу на другие хотелки. В сочетании с ДСП звучит отлично.

[Chaa]

да что то санскрит не особо блещет параметрами

THD+N в -80 дБ для AK4490 это что-то совсем странное. Возможно, конечно, что так померяли.

[Hrun]

THD+N в -80 дБ для AK4490 это что-то совсем странное. Возможно, конечно, что так померяли.

Ну, конечно.

[maxssau]

Да бог знает какая там схемотехника. Я здесь уже вычислил оптимально-минималистическую схемотехнику для 4490/4493. Судя по графикам, что они намеряли, у них главная проблема с питанием. Схемы я так нпонимаю нет на санскрит. Можно было бы сделать плату даже в корпус санскрита, но в продаже нет ни xmos, ни акм. Ценник конечно в этом случае будет не гуманным, как у меня вышло с АЦП.

[maxssau]

Ну, мы ещё по USB его послушали. Могу описать результаты, если это ещё интересно.

интересно конечно

[Hrun]

Вначале друг взял этот Санскрит себе, настроил компьютер и слушал у себя. Сказал, что по USB лучше, чем по коаксиалу. Я тоже заходил, но разницы не уловил. В конечном итоге он уже подумывает приобрести его себе. Вначале очень скептически относился. По коаксиалу он ему совсем не понравился.
На выходных слушали втроём у меня. Слушали много и по-разному. Были и слепые тесты, когда никто из троих не знал, какой ЦАП работает. Мой или Санскрит. Одновременно запускали диск на моём проигрывателе и его точную копию с компьютера и периодически переключали усилитель специальным коммутатором при помощи ПДУ, буквально не меняя положения головы. По громкости всё было выровнено, но встроенным в Санскрит регулятором (получилось минус 6 по его шкале). Я сначала разок угадал где кто, потом перепутал. Друзья угадывали безошибочно (как обычно). Потом нам эта практика надоела и слушали как обычно: послушали на одном, переключили, послушали тот же фрагмент на другом.
Слушали разную музыку, но окончательные выводы позволил сделать металл. Если память не изменяет, композиция Alkonost – Waiting. Но точно что-то с редкого альбома Between the World. Есть там момент, где вокал Алёны представлен в виде многоголосья, которое исходит хаотично из разных мест. Мой ЦАП это так и отыграл. А, вот, на Санскрите с локализацией голосов была проблема. И второе. Скриминг на моём ЦАПе исходит издалека и более понятен. На Санскрите всё размыто. Ритм-гитары на Санскрите блёклые. В-принципе, всё это связано всё с тем же «окрасом» на верхах у Санскрита, которое довольно неплохо распознаётся почти всегда.
Друг, который вообще особенно не вникал в суть теста, при описании Санскрита употреблял слова типа «ВЧ», «грязь», «каша». И это, по сути, верно. НО! Это только по сравнению с TDA1541 вообще без фильтров! Я обоим сказал, что по характеристикам мой ЦАП гораздо хуже Санскрита, но оба твёрдо выбрали именно TDA1541.
И уже когда все ушли, я вспомнил, что при прослушивании с компьютера (Санскрит) было ощущение, что работает вентилятор. Я сразу этому не придал значения, так как все уже давно привыкли, что компьютеры с вентилятором, но здесь другая ситуация. Компьютер то, как раз, был без вентилятора, а проигрыватель у меня с вентилятором (очень медленно вращается, не шумит). И включено было всё постоянно. Мы даже не останавливали композиции, а просто переключались на другое устройство. Все устройства работали постоянно. Но это ощущение присутствия вентилятора (низкая разборчивость на тихих звуках) при прослушивании с компьютера я отмечал многократно.

P.S. Предыдущее сообщение можете удалить. Я своё потёр.

[maxssau]

Санскрит сейчас не великий боец, из покупных я бы послушал этот https://aliexpress.ru/item/4001054690959.html

[Hrun]

Что-то либо ссылка не на то, либо я что-то не понимаю...

[maxssau]

В процессе железотестирования обновлённая плата. Наконец то руки дошли довести до ума. Основные претензии первой версии были к usb мосту и механике разъема мини джек. Сейчас обычный джек. ДЦ-ДЦ тех же серий но в форм факторе ТН, т.е. выводные кирпичи. Потребление 380 мА, габарит подрос.

Процессор ComTrue CT7601, гена Si546, гальваническая изоляция, дак АК4493, в ушнике вместо 6120 стоит АД8397(но площадки сделаны под обе микрухи), пара весёлых картинок, первая линейный выход, вторая выход на наушники с нагрузкой 33 Ом

[EDDiE]

воот!
cs4398 как я понял, все-таки, хуже, чем АК4493?

[maxssau]

Ну нет, я бы не сказал. В этой версии хотелось сделать именно на АКМ, на одном из макетов скучала микруха. По звуку обе хорошИ. Для 4398 припасено кое какое другое применение и есть соответствующий запас. Чем хорош 4398 - на ПП занимает меньше места и требует меньшего кол-ва стабилизаторов для выхода на даташитный SNR. Я всё мечтаю запилить свисток как у Ивана (IVX), но пока нет мыслей как сделать плату размером не с совковую лопату. Особое место конечно занимает USB-I2S. С одной стороны КомТру занимает меньше места, меньше потребляет тока по сравнению с XMOS, но с другой - множество проблем с firmware и драйверами. ASIO удалось запустить через ASIO4ALL, а с ДСД пока проблемы, я в процессе поиска решения. C XMOS у меня таких проблем не было, там всё работает как и задумано. Так же у КомТру есть определённое неудобство с мастерклоком, т.к. требуется частота не ниже 256фс, поэтому с ходовыми генераторами 22/24М судя по даташиту выше 192кГц в PCM и DSD128 играть не будет, нужны клоки 45/49, а такие частоты АКМ уже не принимает, нужно делитель ставить или переходить на ESS.

Текущая версия платы задумывалась не только как переносной дак для ноутбука, а так же как довольно качественный генератор. При уровне -10...-20 дб на выходе гармошки сопоставимы с генератором Ар и при этом плата имеет гальваническую изоляцию, что позволит подавать очень чистый испытательный сигнал. Очень порадовал выход на наушники на АД8397, т.к. в целом искажения во всём диапазоне получились ниже чем с ТПА6120. С этим даком проблема поиска качественно записанной музыки как всегда актуальна, т.к. в наушниках слышны все артефакты записи.

[Злой]

т.к. требуется частота не ниже 256фс, поэтому с ходовыми генераторами 22/24М судя по даташиту выше 192кГц в PCM и DSD128 играть не будет

А выше для чего, только для понтов. Или пары тестовых записей.

[EDDiE]

Очень порадовал выход на наушники на АД8397, т.к. в целом искажения во всём диапазоне получились ниже чем с ТПА6120.

Да, TPA/THS сама по себе звучит не очень. Видимо с ней надо справляться так, как это сделал ViktKors.
Я тоже применил в 2- дивайсах в наушниковых усилителях AD8397.
Надо бы попробовать сделать композит на AD8397

[maxssau]

А выше для чего, только для понтов. Или пары тестовых записей.

у меня есть кое какие записи Вивальди в DSD256, но по сути можно прожить и без них ))) их я слушаю на стационарном аманеро+ак4490. Основная масса музыки что слушаю в 16/44 и немного в 24/44-48.

Я тоже применил в 2- дивайсах в наушниковых усилителях AD8397.
Надо бы попробовать сделать композит на AD8397

моя схема не показывает заоблачное петлевое, но её вполне достаточно что бы держать искажения на уровне ЦАПы, дальше выжимать нет никакого смысла, принцип разумной достаточности