Модуль ЦАП lynx d43. Антикризисный епосредственно...

LYN

X AU

DIO

Модуль ЦАП Lynx D43. Антикризисный. Глобальный экономический кризис, поразивший мир в последний год, не обошел стороной

и Россию. Но, несмотря на то, что доходы многих слоёв населения существенно упали, тяга к прекрасному у людей сохранилась. Мы всё так же слушаем музыку, восхищаемся матерством исполнителей и хотим прочувствовать все эмоциональные оттенки музыкальных произведений.

Задачу достоверного воспроизведения музыкальной информации для формата успешно решают ЦАП Lynx7V3, Lynx D35 и Lynx D45, способные донести до слушателя самые тонкие оттенки и черты музыки. Но стоимость этих устройств весьма высока и, к сожалению, не все любители музыки могут позволить себе приобрести или изготовить подобные ЦАП. По многочисленным просьбам, я провел анализ возможностей построения менее дорогостоящего устройства, обеспечивающего сопоставимое качество звучания. Результатом этой работы стало появление рассматриваемого устройства – модуля ЦАП Lynx D43. В новом ЦАП была сохранена структура, наиболее полно отвечающая сложившемся и многократно подтвержденным на практике принципам построения высококачественных звуковых ЦА-преобразователей, но устранены наиболее дорогостоящие и/или дающие небольшой результирующий эффект решения. В частности, было принято решение отказаться от гальванической развязки цифровой и аналоговой частей, многослойной платы и применения дорогостоящих ИОН и дискретных стабилизаторов. В аналоговой части используется невысокое напряжение питания +/-5В, существенно расширяющее круг возможных высококачественных кандидатов на роль ОУ преобразователей I/U и восстанавливающего фильтра. Для бОльшей универсальности и простоты применения ЦАП оснащен двумя неэквивалентными ТТЛ входами, один из которых – типовой интерфейс IIS с обратной синхронизацией, полностью соответствующий ТТЛ-входам всех предыдущих моделей ЦАП Lynx, а второй – IIS c подачей синхросигнала от внешнего источника, используется при работе ЦАП с любым стандартным SPDIF – приемником. При этом ЦФ тактируется мастерклоком, приходящим от микросхемы приемника, а в регистрах пересинхронизации осуществляется асинхронный реклокинг сигналов управления ЦАП с относительно высокой частотой. При написании проекта ПЛИС была предусмотрена возможность применения как 18, так и 16-разрядных ЦАП, причем в плату непосредственно устанавливаются микросхемы ЦАП типа AD1865, а через переходник можно установить AD1851, AD1861, PCM56. Кроме того, имеется возможность разных режимов работы ЦАП, как с цифровым фильтром, так без передискретизации, в последнем случае в ПЛИС осуществляется синхронное поканальное разделение потока данных и корректное заполнение неиспользуемых разрядов ЦАП.

Принципиальная электрическая схема ЦАП Lynx D43 приведена на рис.1. Два входа устройства “Master Input” и “Slave Input” принимают сигналы ТТЛ/КМОП уровней, которые через буфер DD2 поступают в ПЛИС DD4, где осуществляется мультиплексирование входных сигналов, формирование необходимых сигналов управления для ЦФ и приведение выходных его сигналов либо сигналов непосредственно со входа (в режиме работы без ЦФ) к виду, необходимому для работы ЦАП. Регистр пересинхронизации выполнен на триггерах микросхем DD5 и DD6 и тактируется от генератора с малым уровнем джиттера G1. Кромке того, сигнал генератора поступает в ПЛИС, где из него формируются тактовые сигналы ЦФ и транспорта (последний подается на колодку “Master Input”). В режиме работы по входу “Slave Input” в качестве тактового сигнала ЦФ используется сигнал, поступающий с выхода мастерклока приемника SPDIF, а реклокинг выходных сигналов, поступающих на ЦАП, становится асинхронным. В качестве цифрового фильтра DD3 используется недорогой, но весьма качественный прибор DF1700 (SM5813), либо DF1704, устанавливаемый через дополнительный переходник.

Для преобразования цифрового потока в аналоговый сигнал применена известная и хорошо зарекомендовавшая себя микросхема 18-разрядного ЦАП AD1865 (DA7). Возможно применение и других, совместимых по питанию ЦАП: AD1861, AD1851, устанавливаемых через специальный переходник по две (вместо одной AD1865). ЦАП включен по типовой схеме с внешним ОУ преобразователя U/I и стандартными средствами подстройки линейности. Преобразование выходного тока в напряжение осуществляется каскадами на ОУ DA8 (DA9), а восстановление аналогового сигнала по Котельникову – активными фильтрами с МОС на ОУ DA12 (DA13). Для питания аналоговой части было использованы напряжения +/-5В. С одной

LYN

X AU

DIO

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

AA

BB

CC

DD

EE

FF

GG

HH

II

JJ

"JTAG"

"MASTER INPUT"

"9V

OS

C"

"9V

DF"

"SLA

VE

INPU

T"

"-9V

A"

"OU

T_L"

"OU

T_R

"

"+9V

A"

Lynx

Aud

io E

ngin

eeri

ng D

epar

tmen

t

971

2

Lynx

D43

DA

C

11

Sun

day,

Mar

ch 2

2, 2

009

Title

Size

Doc

umen

t Num

ber

Rev

Dat

e:S

heet

of

trim2

trim3

trim4

trim1

tdo1tck1

tdi1

tms1

-5V

DA

C

trim

2tri

m1

trim

4tri

m3

IIS / SPDRJ / IIS64 / 480x

+5V

CR

ES

16 / 18

+5VC-5

VD

AC

tms1

tdi164

/ 48

IIS /

SP

DR

J / I

IS

0x

256 / 384

16 /

18

tdo1

GN

D

tck1

C39

100p

F

R2651

R3

4.7

R2951

R18

22

R1710k

R8410k

DA

1178

L05

1 3

2

R27

51

C2

100u

F16

v

R87

4.7

DD

1LM

809M

3-4.

38

1

32

C42

100u

F16

v

C54

0.1u

F

R10

8.2k

R52

51

R37

4.7k

L647nH

R79

100k

C3

10nF

VD

4R

S1D

R74

51

R80

100k

R45

51

R9

4.7

DA

378

L05

1

3

2

C1

470u

F16

v

R3351

C43

10nF

C14

100u

F16

vC

1310

nF

R53

51

DA

8A

D80

41A

N

2

4

3

7

6

R72

8.2k

R2351

X4PLD10

13579

246810

VD

7R

S1D

VD

6R

S1D

L5 47nH

C52

0.1u

F

C302200pF

C28

47pF

R6810k

C4

10nF

R1610k

DD

6-2

74A

C74

13 10 1112914 7

R S CDQ

vcc

gnd

C24

4.7u

F25

v

C350.1uF

C9

0.1u

F

C38

47pF

R57 4.7k

R8

4.7

R35

51

DD

6-1

74A

C74

1 4 325

R S CDQ

R19

51

R8510k

C5

0.1u

F

L747nH

C10

4.7u

F25

v

VD

8R

S1D

XS1

ED

350V

0212

R3051

X2

PLD

10

13579

246810

R9210k

R2051

C16

100u

F16

v

R94

4.7

R8110k

DA

178

L05

1

3

2

VD5RS1D

C322200pF

R50

51

XS6

1 2C

590.

1uF

R40

51

R11

22

R39

51

VD

3R

S1D

C47

100u

F16

v

R5

4.7

C53

0.1u

F

C45

10nF

R62

22

C46

10nF

R51

51

R1410k

R65

51

C15

4.7u

F25

v

R3451

C27

1nF

R38

10k

C33100pF

C55

0.1u

F

R7

1

R6710k

C2147pF

R44

51

R2451

DA

278

L05

13

2

R89

470k

C25

0.1u

F

XS4

1 2D

AC

DA

7A

D18

65N

-K

1

23

456

78

9

10

1112

24

2322

21

2019

1817

16

1514

13

-Ua

trimmsb

Ioutagnd

sj

RfbUout

+Ud

sda

lerbck

+Ua

trimmsb

Iout

agndsj

RfbUout

nc

sdblel

dgnd

X3 PLD

12

1357911

24681012

R2

4.7

R8610kR

128.

2k

C48

470u

F16

v

C6

0.1u

F

R5610

DA

1079

L05 1

32

DA

1578

L05

1 3

2

DA

13A

D80

41A

N

2

4

3

7

6

R8210k

VD

9R

S1D

C18

470u

F25

v

R41

51

R3151

R75200k

R48

51

R73

22

R3610

DD

5-1

74A

C74

1 4 32

14 57

R S CD

vcc Q

gnd

C170.1uF

DA

478

L05

1

3

2

R49

51

R1510k

R70

51

R2151

DD

274

HC

244

2 4 6 8

17

15 1311

101

16 14 12

3

5 7918 2019

a0 a1 a2 a3

a4

a5 a6a7

0Ve1

y1 y2 y3

y4

y5 y6y7y0 +Ue0

R54

51

L247nH

C11

100u

F16

v

C44

470u

F16

v

R60

51R6610k

R43

51

C36

100p

FXS5

1 2

C23

470p

F

VD

1R

S1D

R61

51

VD

2R

S1D

R9110k

C50

0.1u

F

R2551

C57

4.7u

F25

v

R2851

R64

8.2k

C7

0.1u

F

L4 47nH

C51

0.1u

FC

560.

1uF

R77

4.7

DD

5-2

74A

C74

13 10 11129

R S CDQ

L347nH

X1

PLD

10

13579

246810

VD

10R

S1D

C26

100p

F

R1

4.7

R4

4.7

R8310k

R131.8k

R9010k

R42

51

R76200k

R3251

R47

51

R631.8k

C12

10nF

R71

51

G

G1

33.8

688M

Hz

5 814

out

vcc

engnd

C40

470p

F

DA

1479

L05

1

32

R9310k

C37

0.1u

F

C3447pF

C19

470u

F16

v

R4651

L1 47nH

XS3

1 2

R78

4.7

R2251

R6

4.7

R59

51

C20

4.7u

F25

v

DA

9A

D80

41A

N

2

4

3

7

6

C58

4.7u

F25

v

C49

10nF

CPL

D

DD

4E

PM

7128

SLC

84

7193242475972822 8384

147123 62

30

313263843536678

29312849 22 24607068

373633

55515245403534 4439 141 2048 25

58 54 568910

4

0V0V0V0V0V0V0V0Vdinp

gclk

goe

tdi

tdo

tms

tck

i/o

+U+U+U+U+U+U+U+U

i/oi/oi/oi/o i/o i/oi/oi/oi/o

i/oi/oi/o

i/oi/oi/oi/oi/oi/oi/o i/oi/o gr

es

i/o i/oi/o i/o

i/o i/o i/oi/oi/oi/oi/o

i/o

R55

51

DA

678

L05

1 3

2

R88

470k

DFD

D3

DF1

700P

123468 1014

2826252423

22

17161521

sdat

abc

ki

cksl

nck

dvxt

i

gnd

sync

res

lrcki

bcko

wck

odo

ldo

r

vcc

ow21

ow20cob

gnd

R58

10k

C29100pF

R6910k

XS2

ED

350V

02

1

2

DA

578

L05

13

2

C22

100u

F

DA

12A

D80

41A

N

2

4

3

7

6

C60

470u

F16

v

C310.1uF

C8

0.1u

F

C41

1nF

Рис

. 1

LYN

X AU

DIO

стороны, такое решение налагает достаточно жесткие требования на применяемые ОУ, но с другой, ввиду огромного ассортимента низковольтных ОУ с очень хорошими параметрами, позволяет повысить вариативность аналоговой части, не ограниченной в этом случае рамками 10…15 качественных высоковольтных приборов. Среди низковольтных приборов имеется большое количество просто великолепных ОУ, которые, при соблюдении ряда несложных условий обеспечивают отличные параметры и звучание. В авторском варианте применены AD8041 – весьма приятные широкополосные ОУ с хорошей линейностью и rail-to-rail выходом. В качестве альтернативы можно рассмотреть много разных приборов, в частности, AD8055, AD9631, OPA642, OPA655, LM6171, LT1363 и многие другие в DIP8 - корпусах либо в SO8 (через переходник, поставляется отдельно). Следует заметить, что при использовании ОУ с обычным выходом (не rail-to-rail) для исключения возможности роста искажений на больших уровнях сигнала, следует немного снизить (напр., до +/-2В) амплитуду выходного напряжения преобразователя I/U, включив параллельно конденсаторам С21+С22 (С38+С39) SMD-резистор сопротивлением 6.2кОм (можно вместо С21 (С38)). При работе в режиме без передискретизации частота среза восстанавливающего ФНЧ выше необходимой согласно т. Котельникова, и ступенчатый сигнал не будет сглажен полностью. При работе с ламповым последующим трактом эта особенность непринципиальна, поскольку ламповые аппараты в большинстве случаев сами выступают в роли весьма эффективных фильтров, а вот для полупроводниковых аппаратов, возможно, придется пересчитать величины емкостей или резисторов фильтра, либо использовать дополнительный фильтр.

Для получения нулевого потенциала на выходе ЦАП вне зависимости от величин напряжений и токов смещения конкретных экземпляров ОУ и ЦАП, в каскаде ФНЧ введена дополнительная цепь балансировки по неинвертирующему входу ОУ. Таое решение позволяет избежать привязки схемы и номиналов цепи балансировки к конкретному типу ОУ.

Питание схемы ЦАП осуществляется от четырех девятивольтовых источников. При этом каждый функциональный узел схемы питается от собственных локальных стабилизаторов. Для этой цели использованы приборы 78L05 (все положительные питания) и 79L05 (отрицательные аналоговые питания ЦАП и ОУ) производства KEC. Эти стабилизаторы отличаются достаточно низким уровнем шума для приборов данного класса и хорошей реакцией на перепад потребляемого нагрузкой тока. Все стабилизаторы защищены от пробоя обратными диодами, а воизбежание самовозбуждения их выходы непосредственно не соединяются с пленочными и керамическими конденсаторами с низким импедансом на высоких частотах, а входы развязаны от первичных источников дополнительными резисторами.

Внешний вид смонтированной платы ЦАП Lynx D43 приведен на рис.2:

Рис. 2 Внешний вид платы ЦАП Lynx D43

LYN

X AU

DIO

Назначение контактов управляющей колодки X3 приведено в табл. 1:

Колодка управления режимами ЦФ и ПЛИС ЦАП Lynx D35

Выводы колодки Х3 Функциональное назначение Режим

1 - 2 Выбор ведущего/ведомого входов лог.0 = master (X1) лог.1 = slave (X2)

3 - 4 Выбор типа протокола лог.0 = RJ лог.1 = I2S

5 - 6 Выбор количества импульсов синхронизации записи

лог.0 = 48 лог.1 = 64

7 - 8 Выбор режима работы лог.0 = цифровая фильтрация, 8x лог.1 = без ЦФ, 1x

9 - 10 Разрядность ЦАП лог.0 = 18 лог.1 = 16

11 - 12 Выходная частота тактирования источника сигнала по X1

лог.0 = 384Fs лог.1 = 256Fs

Значению лог.1 соответствует разомкнутое состояние указанных выводов, лог. 0 – замкнутое. Управление возможно либо замыканием указанных выводов между собой, либо подача на нечетные номера выводов колодки сигналов управления от внешнего контроллера в ТТЛ/КМОП уровнях. Конструктивно модуль ЦАП выполнен на двухсторонней печатной плате размерами 80 x 150 мм. В устройстве применены хорошо зарекомендовавшие себя и относительно легкодоступные компоненты: стандартные SMD резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 0805 в цифровой части, резисторы MELF типа 0204 и пленочные конденсаторы Wima FKP2 в аналоговой. Все электролитические конденсаторы – SMD Panasonic FK. Многооборотные подстроечные резисторы Murata PV36W. В устройстве могут быть применены цифровые фильтры следующих типов: DF1700P, SM5813AP, SM5813APT (непосредственно), DF1704E (через переходник, поставляется отдельно). ЦАП AD1865N (с любым грейдом) может быть установлен в плату непосредственно, а приборы AD1851, AD1861 – через переходник (поставляется отдельно). Питание устройства осуществляется от четырех стабилизированных (либо нестабилизированных, с емкостью конденсаторов фильтра не менее 4700мкФ на каждый выпрямитель) источников. Токи потребления не превышают 200…250мА для источника 9VDF, 15мА для источника 9VOSC, 25…35мА для источника +9VA и 15…25мА для источника -9VA.

Авторский экземпляр ЦАП Lynx D43 обладает следующими техническими характеристиками (при частоте дискретизации 44.1кГц с ведущего входа): 1) Номинальное выходное напряжение, соответствующее полной шкале преобразования, В (RMS) 2,12 2) Относительный уровень шумов на выходе (при нулевом входном сигнале), дБ ниже -110 3) Относительный уровень гармонических искажений и помех в полосе частот 48 кГц тестового отсчетно – коррелированного 16 - разрядного сигнала частотой 918.75 Гц полной шкалы, дБ ниже -92 4) Относительный уровень интермодуляционных составляющих, дБ ниже -92 5) Уровень помех в полосе 100 МГц на аналоговых выходах, дБ ниже -70 6) Динамический диапазон преобразования на уровнях -90…-20 дБ, дБ более 100

Спектрограммы и осциллограммы выходных сигналов представлены на рис. 3…рис.18

LYN

X AU

DIO

Рис. 3 Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0 дБ в полосе частот 90 кГц в режиме работы с цифровой фильтрацией.

Рис. 4

Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0 дБ в полосе частот 90 кГц в режиме работы без цифровой фильтрации

LYN

X AU

DIO

Рис. 5

Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0дБ в режиме работы с цифровой фильтрацией

Рис. 6

Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0дБ в режиме работы без цифровой фильтрации

LYN

X AU

DIO

Рис. 7

Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем -20дБ в режиме работы с цифровой фильтрацией

Рис. 8

Спектрограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем -20дБ в режиме работы без цифровой фильтрации

LYN

X AU

DIO

Рис. 9


Рис. 10


LYN

X AU

DIO

Рис. 11


Рис. 12


LYN

X AU

DIO

Рис. 13


Рис. 14


LYN

X AU

DIO

Рис. 15

Осциллограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0дБ в режиме работы с цифровой фильтрацией

Рис. 16

Осциллограмма отсчетно – коррелированного сигнала частотой 918.75 Гц уровнем 0дБ в режиме работы без цифровой фильтрации

LYN

X AU

DIO

Рис. 17

Осциллограмма цифрового одноотсчетного дельта-импульса амплитудой 0дБ в режиме работы с цифровой фильтрацией

Рис. 18

Осциллограмма цифрового одноотсчетного дельта-импульса амплитудой 0дБ в режиме работы без цифровой фильтрации

LYN

X AU

DIO

Анализ полученных спектров и осциллограмм позволяет сделать вывод, что в режиме без передискретизации спектр помех и искажений даже в звуковом диапазоне частот более плотный и жесткий, ввиду большего уровня продуктов интермодуляции ВЧ-составляющих, а за пределами звукового диапазона поражен помехами большого уровня с частотой дискретизации и ее гармоник, и только применение фильтров НЧ высокого порядка (в роли которых можно предположить применение ламповых усилительных устройств с неширокой полосой и высокой собственной линейностью без ООС) может справится с подобными помехами. Единственное преимущество преобразования без передискретизации и цифровой фильтрации заключается в более точной передаче формы импульсных сигналов, но его легко утратить за счет неудачной переходной характеристики устройств, следующих за ЦАП.

Субъективное звучание ЦАП Lynx D43 очень приятное, неутомительное, хорошо передает эмоциональную составляющую записей. В режиме без передискретизации звучание более «мягкое» и «грязноватое», характерное для такого режима, но для некоторых записей может оказаться весьма интересным. Прослушивание производилось при работе по синхронной шине (ведущий вход) с использованием транспорта Teac CMK3, усилителей Lynx VTA39 и Lynx 17, АС Dynaudio Focus 220.

В заключение хотелось бы искренне поблагодарить за помощь и поддержку всех тех, кто

прямо, косвенно или опосредовано имел отношение к созданию рассмотренного выше устройства и написанию данного материала: моих товарищей и коллег Сергея Жукова (г. С.-Петербург), Андрея Попцова (г. С.-Петербург), компании «Платан», «Вест-Эл», «Элкомаг» «Элтех», «Гамма», «ЭФО», а также моих жену, маму и сына за постоянное внимание, тепло и заботу, без которых невозможно было бы успешное творчество.

Дмитрий Андронников (Lynx Audio)

Санкт – Петербург, январь - март 2009 г.

Модуль ЦАП lynx d43. Антикризисный епосредственно...

Documents