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.

[Grigori G.]

А для ЦФ не все равно 16 или 24 бита попадет во входной регистр? Почему ЦФ должен изменить что-то в алгоритме своей работы?

[Wired]

А для ЦФ не все равно 16 или 24 бита попадет во входной регистр? Почему ЦФ должен изменить что-то в алгоритме своей работы?

ему приходят все 24 всегда...
разница в том, что он должен знать считать ему 16 из них или все

[Grigori G.]

он должен знать считать ему 16 из них или все

А какая разница? Точнее, зачем ему это знать? 16 это те же 24, из которых 8 бит нулевые.

[Wired]

А какая разница? Точнее, зачем ему это знать? 16 это те же 24, из которых 8 бит нулевые.

интерполировать надо все 24 или только 16?
каков будет результат интерпояции 16 в 24(предполагаем что сам модулятор24 разрядньій)
24 в 24
и 24 из которьіх 8разрядов 0 в 24

дальше вопрос, сколько разрядов из фильтра идет на модулятор в случае установки входного слова в 24 значащих разряда и 16?

ну и даже если ему все равно, допустим, зачем тогда в конфигруции 1853 есть вариантьі 24, 18 и 16 значащих бит? если все равно слово 32 бита в любом случае

[Grigori G.]

интерполировать надо все 24 или только 16?

Мне так понимается, что в ЦФ обрабатываются в любом случае все 24 бита. Длина слова в RJ по входу устанавливается только для того, чтобы правильно эти RJ принять во входной регистр ЦФ. Т.е. при "полезных" 16 битах сигнала не должно быть никакой разницы на какую разрядность установлен вход ЦФ, лишь бы он их правильно принял (и этот параметр нужен только для RJ, что и видим в даташите на AD1853).
Или я не прав?

[Wired]

Мне так понимается, что в ЦФ обрабатываются в любом случае все 24 бита. Длина слова в RJ по входу устанавливается только для того, чтобы правильно эти RJ принять во входной регистр ЦФ. Т.е. при "полезных" 16 битах сигнала не должно быть никакой разницы на какую разрядность установлен вход ЦФ, лишь бы он их правильно принял (и этот параметр нужен только для RJ, что и видим в даташите на AD1853).
Или я не прав?

вот как работает ЦФ я не знаю... как вариант,да, он работает с 24 разр даньіми.НО в одном случае сетка заполнена корректно 24 разрядами датьі, и он спокойно их молотит
в другом случае ему надо входньіе 16 апсемплить к 24-м чтоб обработать. єто если мьі явно ему указали - датьі 16 бит работай только с ними

вот кстати 8 разрядов єто что? недостающие до 24-х, старшие. т.е. какбьі сигнал пришел тише на 8 бит?
или младшие (несущестующие шумьі, тихие звуки,... которьіе ЦФ пьітается вьітянуть...заполнить...чем?)

[aal]

в другом случае ему надо входньіе 16 апсемплить к 24-м

апсемпл - поднять частоту сэмплов (дискретизации) - к разрядности представления сэмпла не имеет никакого отношения. ЦФ обсолютно должно быть по барабану разрядность входных данных (если они не превышают внутреннюю разрадность ЦФ) - он n раз умножает их на m коэфициентов (причём для промежуточных значений используются ячейки с ещё большей разрядностью, для избежания ошибок округления). На выходе имеется поток сэмплов с разрядностью ЦФ и только потом приводится к выходной разрядности ЦФ.
А насчёт приведения к 24 битам: то писать то можно сначало в старший бит 24-х битного регистра. И только если по входу назначены 16 битные слова, то должен обнулятся младший байт.

А вот именно в последнем пункте может и порылась собака. Ребята опишите Ваш алгоритм конфигурации. Похоже его надо делать в режиме мьюта.... Хотя хуже то в I2S режиме....

[Serge_L]

Вот что пишут создатели формата:

www.nxp.com/acrobat_download/various/I2SBUS.pdf

When the system word length is greater than the transmitter length, the word is truncated (least significant data bits are set to `0`) for data transmission. If the receiver is sent more bits than its word length, the bits after the LSB are ignored. On the other hand, if the receiver is sent fewer bits than its word length, the missing bits are set to zero internally. And so, the MSB has a fixed position, whereas the position of the LSB depends on the word length. The transmitter always sends the MSB of the next word one clock period after the WS changes.

[Wired]

Вот что пишут создатели формата:

www.nxp.com/acrobat_download/various/I2SBUS.pdf

MSB єто старший разряд?
т.е. при 16 значащих в нулях младшие?
чем их заполняет ЦФ у 1853? что он передает непосредственно на модулятор?

Добавлено через 35 секунд
8 разрядов дизеринга?

[V R P]

вот кстати 8 разрядов єто что? недостающие до 24-х, старшие. т.е. какбьі сигнал пришел тише на 8 бит?
или младшие (несущестующие шумьі, тихие звуки,... которьіе ЦФ пьітается вьітянуть...заполнить...чем?)

Я бы сказал что проблемы с ВЧ в моем случае заключены в искажении послезвучий, тоесть это может означать неправильную обработку младших бит... У меня вывод напрашивается один: ад неправильно воспринимает 16 бит при входе в режиме 24 bit IIS, даже не смотря на то что SRC4192 тоже сконфигурирована на выходе в 24 bit (она видимо просто до входящих 16 бит доставляет нули в таком случае).

[Serge_L]

Да, младшие 8 бит должны быть нули. НО!!!! Что же тогда получается, с ПКД мы имеем-то 16 бит. Я уже писал выше, что если нет неисправных элементов в схеме, то разница очень существенная (у нас, кстати, нет проблем с шумом в 16 битном режиме), только за счет смены формата. И, пусть Вадим не пинает меня сильно, проблема не в усилителе. Все разъяснится, после того, как попробуем 8416, надеюсь, в выходные куплю. А заодно, мосмотрим и 1955.

[And$er]

2 Serge_L А какой использовался ad1853? Не из сэмплов случаем?

[A.R.]

Да, младшие 8 бит должны быть нули. НО!!!! Что же тогда получается, с ПКД мы имеем-то 16 бит. Я уже писал выше, что если нет неисправных элементов в схеме, то разница очень существенная (у нас, кстати, нет проблем с шумом в 16 битном режиме), только за счет смены формата. И, пусть Вадим не пинает меня сильно, проблема не в усилителе. Все разъяснится, после того, как попробуем 8416, надеюсь, в выходные куплю. А заодно, мосмотрим и 1955.

Сереж, а не пробовали тупо записать на болванку wav-файл с синусом, ну допустим 2 кГц и сравнить форму сигнала на разных уровнях? На малых уровнях может что-то проявиться.

[Serge_L]

A.R., Андрюх, подымись проще ко мне, мы тебе много красивых картинок покажем!

And$er, нет, не из сэмплов. Candidate точно сказать может, в каком месте покупался.

[A.R.]

A.R., Андрюх, подымись проще ко мне, мы тебе много красивых картинок покажем!

Offтопик:
заметано

[Serge_L]

К сожалению, с 8416 на эти выходные - облом! Зато появилась халявная пара АД1892 и АД1855. Кто что скажет об этом чуде?

[Grigori G.]

В AD1892 вроде спдиф приемник, совмещенный с асрц, если не ошибаюсь. И корпус должен быть DIP, макетить должно быть удобно.

[Lexus]

интерполировать надо все 24 или только 16?
каков будет результат интерпояции 16 в 24(предполагаем что сам модулятор24 разрядньій)
24 в 24
и 24 из которьіх 8разрядов 0 в 24

Какая разница, есть в младших разрядах нули или нет. Ведь 24-х разрядное слово может содержать численное значение, равное численному значению 16-и разрядного слова.

ну и даже если ему все равно, допустим, зачем тогда в конфигруции 1853 есть вариантьі 24, 18 и 16 значащих бит? если все равно слово 32 бита в любом случае

Для того, чтобы ИМС "знала" позицию старшего бита в слове.

ЦФ обсолютно должно быть по барабану разрядность входных данных (если они не превышают внутреннюю разрадность ЦФ) - он n раз умножает их на m коэфициентов

Посетила мысль. А разве ЦФ при умножении не использует коэффициенты разрядностью, равной разрядности входного слова?

[aal]

А разве ЦФ при умножении не использует коэффициенты разрядностью, равной разрядности входного слова?

Они не связанны и могут (и имеют) разную разрядность. На некоторые ЦФ это отраженно вдаташитах....

[Viking]

В AD1892 вроде спдиф приемник, совмещенный с асрц, если не ошибаюсь. И корпус должен быть DIP, макетить должно быть удобно.

Правильно. Совмещен. Корпус СОИК. Конфигурирование через SPI. Дизеринг не отключается НИКОГДА. Поэтому эту древность лучше не пользовать.