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.

[maxssau]

немного картинок

верхний канал - через режектор Ар

9.2 Vpp, нагрузка 240 ом (как на наушниках)






всё, останавливаюсь, теперь только слушать и слушать

[EDDiE]

В Сети гуляет взломанная версия Muller Softwareentwicklung audioTester v3.0.4.47 CE, с ASIO, вроде, работает

[maxssau]

Asio так просто не завести, если только что то вроде asio4all, т.к. источник и приемник имеют абсолютно разные драйверы (xmos и comtrue)

[EDDiE]

У моей ЗК Asus Xonar Essence ST ASIO (Asus Xonar ASIO) устанавливается вместе с ее драйверами

[maxssau]

асио у меня не работает после какой то заплатки win10/11, поэтому только альтернативные методы в аплеере (wasapi)

[domician]

Asio так просто не завести, если только что то вроде asio4all

https://github.com/dechamps/FlexASIO

[maxssau]

Сейчас это не особо актуально, т.к. измерения больше не планируются, а через wasapi плеер прекрасно играет музыку

[Михаил45]

немного картинок

верхний канал - через режектор Ар

9.2 Vpp, нагрузка 240 ом (как на наушниках)






всё, останавливаюсь, теперь только слушать и слушать

Картинки замечательные! Можно поздравить. Как не крути, а искажения цапиков слышны хорошо.

[maxssau]

У меня пока эффект "новой детальки", но звучит класс

[Михаил45]

Евгений, измерения типичны для ак4490. Очень удачный цап и чем то лучше 4493. Других из этой серии не слышал.

[maxssau]

кому интересно схема ушника, оу LM4562+AD8397

[EDDiE]

Спасибо.
не хочу показаться занудным, но, может быть и у первого ОУ сделать местную Т-ООС вместо цепочки последовательной цепочки коррекции С13R33?
ИМХО, такой вид коррекции может плохо на звуке отразиться.

[maxssau]

Вариантов на самом деле много и это скорее дело вкуса. Я крутил его на Ар, искажения мало зависят от нагрузки и немного растут с частотой. Клип хороший, без зубчиков, глубина оос на 20 кгц более 90дб, что с лихвой хватает для 4490. Есть схемы и более удачные, но с бОльшим кол-во деталей. Если присмотреться к фото, то верхняя часть занята почти вся и на нижней стороне есть еще стабилизаторы, кто не уместился, поэтому вопрос кол-ва деталей не последний. Есть мысли перевести схему на 5532(5534) и тпа6120а2, но это чуть позже

[Alex]

но, может быть и у первого ОУ сделать местную Т-ООС вместо цепочки последовательной цепочки коррекции С13R33?

Не надо, у меня такая конструкция с OPA1612+AD8397 плохо звучала.

искажения мало зависят от нагрузки и немного растут с частотой.

Это 8397.

[EDDiE]

Не надо, у меня такая конструкция с OPA1612+AD8397 плохо звучала..

Понял. Спасибо, Alex !

[dortonyan]

искажения мало зависят от нагрузки и немного растут с частотой

Это 8397.

8397 в данном случае вообще не должен влиять, он же включен в композите.
Если линейность не зависит от нагрузки, то это признак, что доминируют нелинейности входа. В данном случае это вход 4562.
К тому же для этого есть и схемотехнические предпосылки: синфазное входное напряжение + высокое и несимметричное сопротивление по входам (20к).
На это же косвенно указывает и относительно скромная линейность при большой глубине ООС.

Есть мысли перевести схему на 5532(5534) и тпа6120а2, но это чуть позже

А не проще какой-нить OPA1622, или тот же 8397 без композита?
Я как-то проверял линейность 4562, работающего на 32 Ом наушники + 22 Ом на выходе. Т.е. суммарно нагрузка 54 Ома.
Оказалось, что на комфортной громкости гармоники ниже уровня шумов.
Конечно если втопить уровень на выходе до 2В рмс, то линейность будет сильно хуже, но это больше вопрос спортивного интереса, нежели практической надобности.

[EDDiE]

Как переваривает AD8397 емкостную нагрузку в 1000пф на его выходе?



А, может быть, так сделать?

[maxssau]

Все картинки при 9 Впп что является только спортивным интересом, т.к. даже на DT990 это уровень громкости очень далеко за гранью разумного и в добавок снято при уровне -1 дб на выходе цап. На деле же естественно уровни ниже.

Схема мне понравилась и буду делать еще отдельный макет "покрутить", мысль с катушкой тоже была и скорее всего на макете буду ставить на пробу. 1622 корпус конечно не очень удобный

[Alex]

8397 в данном случае вообще не должен влиять, он же включен в композите.

Однако влияет.

А не проще какой-нить OPA1622, или тот же 8397 без композита?

Проще. И для наушников - более чем.

1622 корпус конечно не очень удобный

Корпус как корпус, паяется на плату на счет "расс". 8397 тоже желательно в варианте с пэдом.

[dortonyan]

Схема мне понравилась

Не знаю, не знаю.
Конечно дело хозяйское, но 20к по входу, да еще с синфазным напряжением - это почти для любого ОУ нехорошо (мягко говоря). Для 4562 надо 0,5..1к максимум. Иначе, мало того что линейность входа падает, еще и банально шумы/помехи по входу растут.

мысль с катушкой тоже была и скорее всего на макете буду ставить на пробу.

Думаю EDDiE имел ввиду не катушку (она на схеме уже есть), а резистор последовательно с емкостью 1нФ, чтобы развязать выход ОУ от емкости.

1622 корпус конечно не очень удобный

Зато "мьют" (disable) халявный. Хотя Alex писал, что 1622 мьютит не полностью, но все равно хоть какой "мьют" лучше, чем его отсутствие.

Однако влияет.

Так что влияет пока не известно. Я лично очень подозреваю, что вход 4562. По моему в композитной схеме при такой сумасшедшей глубине ООС (90дБ на 20к) нелинейности должны быть ниже чем у АЦП.