Модуль ЦАП Lynx24 При разработке этого цифро-аналогового преобразователя звуковых сигналов ставилась задача

создать устройство, которое бы могло бы прийти на смену хорошо известному ЦАП Lynx20, поскольку доставать снятые с производства AD1862 становится всё труднее, а подделок и перемаркировок этих микросхем встречается всё больше. Кроме того, был учтен опыт, полученный при изготовлении и настройке более двадцати экземпляров Lynx20 и личной эксплуатации четырех экземпляров.

Все теоретические предпосылки работ над данной конструкцией такие же, как и для Lynx20, они подробно изложены в статье «Последняя песня Аналога», посвященной этому ЦАП. Поэтому сейчас мы будем рассматривать только те моменты, которые определяют существенные отличия нового ЦАП от предыдущего.

Описываемое устройство предназначено для осуществления цифроаналогового преобразования звуковых сигналов, записанных с частотой дискретизации до 100кГц и разрядностью до 24 при осуществлении 8-кратной передискретизации в цифровом фильтре. В режиме 4-кратной передискретизации допустимая рабочая частота дискретизации составляет 200кГц. С источником цифрового сигнала ЦАП соединяется посредством двухканального синхронного интерфейса с временным разделением каналов (I2S различных модификаций). ЦАП предназначен для работы в мастер-режиме, являясь источником синхросигналов для устройства считывания\хранения данных. О преимуществах такого режима с точки зрения качества звучания системы говорилось очень много и, по сути, только его (в различных модификациях) следует считать приемлемым для систем звуковоспроизведения высокого класса.

После изучения и анализа номенклатуры выпускаемых на сегодняшний день многоразрядных параллельных ЦАП (к сожалению, весьма скудной по сравнению с концом прошлого века, если брать только те приборы, которые имеются в текущих производственных программах фирм-производителей), за основу конструкции Lynx24 был взят весьма удачный прибор AD1865 производства Analog Devices. Этот ЦАП на одной подложке содержит два подобранных и очень близких между собой, в том числе и по величине и форме нелинейности характеристики преобразования (ХП), 18-разрядных прибора, аналогичных AD1861 и простейшую логику, объединяющую входы поразрядного такта обоих. Наличие двух ЦАП высокой степени идентичности в одном корпусе вполне логично привело к идее использовать их в дифференциальном включении для взаимной компенсации нелинейности ХП. С учетом того, что ЦАПы принимают входной сигнал в дополнительном до 2 двоичном коде, реализовать дифференциальный режим работы двух ЦАП очень просто, – достаточно проинвертировать данные, поступающие на один из ЦАП, а после преобразования в аналоговую форму вычесть из прямого сигнала инверсный в разностном каскаде, например на ОУ.

Первые эксперименты с AD1865N-K, дали весьма обнадеживающие результаты – без каких - либо дополнительных действий для сигналов с уровнем -30…40дБ удалось получить эффективный динамический диапазон (ЭДД) для 18 - разрядного синусоидального сигнала 104…106дБ, т.е. практически полностью реализовать 18-разрядную шкалу этих микросхем, что близко к аналогичному значению для бОльшей части AD1862 в недифференциальном включении. Вскоре проведенный эксперимент с AD1862N-J в том же самом макете показал, что для произвольно взятых экземпляров этих микросхем дифференциальное включение не дает никаких преимуществ, и только при выполнении весьма трудоемкой и метрологически сложной и дорогостоящей операции по подбору ЦАП с одинаковым характером нелинейности ХП появляется выигрыш в ЭДД. К сожалению, из 32 микросхем AD1862N-J удалось отобрать только одну пару, обладающую таким свойством. Поэтому способ компенсации нелинейности ХП за счет разностной обработки дифференциальных сигналов пригоден лишь только для заведомо подобранных по виду нелинейности ХП приборов.

Рассмотрим несколько более подробно вопрос о нелинейностях ХП ЦАП. В последнее время в различных интернет - ресурсах довольно часто встречаются вопросы, так или иначе связанные с разрядностью и линейностью ЦАП. Многие из них вызваны либо недостаточным пониманием природы цифроаналогового преобразования, либо неверным методологическим подходом к измерению и оценке параметров преобразователей. Попробуем обратить внимание на наиболее распространенные ошибки. Очень часто при попытках провести измерение параметров ЦАП с большой разрядностью (напр., 24), критерием монотонности и/или линейности преобразования выбирают способность ЦАП преобразовать 1МЗР в середине шкалы в соответствующие аналоговые уровни. При этом исследователь подает на вход ЦАП код середины шкалы (BPZ) с приращением ±(1…2)МЗР (младший значащий разряд) и видит на выходе ступеньки, близкие к аналоговой величине МЗР, на основании чего делает вывод о разрешении и монотонности ЦАП в 24 разряда. Причем такой вывод делают даже некоторые достаточно квалифицированные и грамотные специалисты. Однако это методологически и теоретически неверно. Обратимся к рисунку, на котором представлена типовая характеристика преобразования 4-х разрядного ЦАП с различными видами нелинейностей:

Монотонность, нелинейность и дифференциальная нелинейность ХП, как и связанное с ними

разрешение (иначе – эффективное число разрядов, effective number of bits - ENOB), по своей природе невозможно определить для одной точки ХП (если, конечно, она не состоит из 3-х уровней ). Это интегральные параметры ВСЕЙ шкалы и поэтому для того, чтобы сделать вывод о монотонности 24-х разрядного ЦАП необходимо произвести измерения в (16777216 – 2) точках шкалы, давая приращение ±1МЗР для каждой точки и убедиться, что аналоговый уровень для каждого приращения кода изменяется соответственно. Только в этом случае можно говорить о монотонности всей ХП. Еще сложнее измерить порядок дифференциальной нелинейности, поскольку в этом случае нужно не только гарантировать соответствие знака приращения выходного сигнала знаку приращения кода, но и соответствие величины приращения выходного сигнала приращению кода. Поэтому процесс наблюдения ступенек величиной МЗР в районе BPZ никоим образом не отражает реальные свойства ЦАП, а лишь показывает умение исследователя измерять и наблюдать сигналы малых уровней. И вывод о разрешении ЦАП в 24 разряда на основе наблюдения ступеньки МЗР есть ни что иное, как демонстрация незнания теории цифроаналогового преобразования.

Общим критерием монотонности и дифференциальной нелинейности характеристики преобразования (но без определения конкретных зон немонотонности и полярности дифференциальной нелинейности ХП) может быть спектральный анализ преобразованного сигнала полной шкалы. В этом случае все отклонения ХП от линейной проявляются в виде роста нелинейных искажений, величина которых характеризует суммарную нелинейность и немононотонность ХП. Уровень искажений идеального цифрового синусоидального сигнала, преобразованного ЦАП, однозначно связан с суммарной нелинейностью ХП и легко может быть пересчитан в ENOB ЦАП по простой формуле:

ENOB = (-Dx – 2) ÷ 6,

Где Dx – интегральный уровень искажений, дБ Полученное значение однозначно характеризует разрешающую способность ЦАП для произвольных сигналов в отличие от наблюдения ступенек в МЗР в районе середины шкалы преобразования, которое не несет практически никакой полезной информации и обычно применяется лишь в рекламных целях. Вышесказанное относится к ЦАП любого принципа преобразования, за исключением монотонности, свойством которой на всей шкале по принципу их работы обладают ЦАП последовательного действия, т.е. приборы, основанные на дельта-преобразовании. К сожалению, таким приборам свойственен более существенный, чем немонотонность ХП, недостаток, проявляющийся при преобразовании случайных и псевдослучайных сигналов, – это взаимная корреляция между соседними отсчетами на достаточно большом временнОм интервале, во всяком случае, превышающем период дискретизации. В результате при обработке в таком преобразователе случайного сигнала, его автокорреляционная функция будет отличаться от исходной и представляет собой свертку собственной АКФ сигнала и КФ преобразователя. По всей видимости, слуховой аппарат человека достаточно хорошо определяет изменение статистических характеристик сигналов, поскольку большинство слушателей совершенно безошибочно определяют разницу в звучании параллельных и дельта – преобразователей, причем не в пользу последних даже при худших значениях уровня искажений у параллельных приборов.

Принципиальная электрическая схема ЦАП Lynx24 приведена на следующем рисунке:

Lynx

Aud

io

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

Lynx

Aud

io E

ngin

eeri

ng D

epar

tmen

t

OU

T R

+20V

L

-20V

L

-20V

R

+20V

R

OU

T L

+9VO

SC

+9VD

AC

+9VD

F

17

Diff

eren

tial A

D18

65 D

AC

Lyn

x24

11

Mon

day,

Oct

ober

03,

200

5

Title

Siz

eD

ocum

ent N

umbe

rR

ev

Dat

e:S

heet

of

DR

-

+9V

DD

RE

S

LER

LEL

TVCCL

BCR

+9V

DF

LER

DR

+

TGN

D

BC

L

PH1L

TGND

LEL

DL+

LELDL+

RES

DR- DR+

TVCCR

DL-

BC

R

BCL

DL-

TGNDLER

+5V

DF

+5V

DF

+5VRC

TVC

CL

TGN

D

DV

1D

V2

DIT

OM

DIR

ES

SY

N

CK

S

MU

T

+5VDF

IRE

S

I1N

IW1

IW2

DE

M

FS

+5V

DF

TCK

TDO

TMS

GN

DF

TDI

IRE

S

GN

DF

BF0

BF1

TDI

TCK

TMS

TDO

CK

SI1

NIW

1IW

2S

YN

DE

MD

V2

FS MU

T

OM

DD

IT

DV

1B

F0B

F1

GN

DF

+5V

DF

TVC

CR

-15V

L

+5VR

PH2L

+15V

R

+5VL PH2R

-15V

R

PH1L

-5VR

PH1RPH2R

PH2L

AG

ND

-5VL

PH1R

XO

UTL

+15V

L

+9V

OS

C

XOU

TR

AG

ND

C24

0.1u

F

C79

12nF

R2944k

C131500pF

L9 47nH

DA

11A

D81

1AN

234 76

I-I+-u +uQ

C490.1uF

C65

10uF

50v

R95

51

R3251

R63

560

XS

11P

LD2-

16

13579111315

246810121416

R44

51

C63

0.1u

F

R3022k

VT6

2SA

1358

L10

47nH

SB

1"R

ESET

"

C17100uF10v

R833k

R16

1k

C18

220p

F

R92k

R78

27

R184.7k

C2

100u

F25

v

C830.1uF

R3551

C35

330p

FR5751

R13

27

R96

10

R69

51

R8722k

R5351

C54

100u

F6.

3v

C64

0.1u

F

XS

2E

D35

0V02

1 2

R3

560

R273k

R15

1k

R48

51

R90

51

R5051

R8010k

R72

27

R2022k

R10051

R1222k

C22

100u

F10

v

C440.1uF

DA

12A

D81

1AN

2 3

4 7 6

I- I+

-u +u Q

C33

12nF

C41

12nF

RG

DD

574

AB

T574

N11020 112 3 4 5 6 7 8 9

19 18 17 16 15 14 13 12

oegnd

vcc

clk

d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7

q0 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7

R9851

ST

DA

15M

5230

L

12 3 4567

gnd

bal

O-

I-adj

O+

I+

C60

220p

F

C57

220p

F

R31

51

R6051

R63k

C62

10uF

50v

C77

100u

F25

v

C46

100u

F25

v

R72k

R3351

R1910k

DA

5A

D81

1AN

234 76

I-I+-u +uQ

STDA

2M

5237

L

231

gndadjreg

VT4

2SA

1358

C681500pF

R45

51

XS

4E

D35

0V02

1 2

R6851

BF

DD

474

HC

244D 19

2 4 6 8

17 15 13 11109753

1214201

18 16

beai

0

ai1

ai2

ai3

bi0

bi1

bi2

bi3

0vbq3

bq2

bq1

bq0

aq3

aq2+u

ae

aq0

aq1

R1

10

R6451

L4 47nH

C51

330p

F

DF

DD

2S

M58

47A

F

20 21

24

252616 15 612 2730 31 32

3319

105 4 3 2

8

444342414037361

9 14 18 29 38 7 13 17 28 39

34 35

sdat

abc

ki

cksl

n

inf1

niw

1nxti

xto

gnd

clko

iw2n

ow1n

ow2n

sync

n

rese

t

lrcki

dgo

bcko

wck

odo

ldo

r

vcc

dith

n

mut

elm

uter

fsel

2fs

el1

dmpl

dmpr

omd

vcc

vcc

vcc

vcc

vcc

gnd

gnd

gnd

gnd

gnd

dv1

dv2

C25

0.1u

F

C55

12nF

R1144k

C5

10nF

C11

100u

F6.

3v

VT1

2SJ7

7

RE

F

DA

3A

D58

6JN

2

48

6 vcc

gndnr

out

XS

10P

LD2-

28

1 3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 1617 19 21 23 25 27

18 20 22 24 26 28

R744.7k

DA

6A

D81

1AN

2 3

4 7 6

I- I+

-u +u Q

C32

100u

F6.

3v

C74

330p

F

L7 47nH

C26

0.1u

F

R21

2.4k

ST DA

1M

5237

L

231

gnd

adj

reg

R5651

R812.7k

C10

12nF

R14

3k

R3651

R5451

ISO

U1

AD

uM14

01C

RW

1 23 4 5 6 8

16 1514 13 12 1110 9

7

v1 gn1

i0 i1 i2 q3 gn1

v2 gn2q0 q1 q2 i3

eob

gn2

eoa

R38

10

C20

10uF

50v

XS

7E

D35

0V02

1 2

ST

DA

9M

5230

L

12 3 4567

gnd

bal

O-

I-adj

O+

I+

C78

100u

F25

v

R5551

C380.1uF

C82

10uF

50v

R93

51

R42

51

R84

5.1

C36

12nF

XS

13P

LD2-

6

135

246

C14

220p

F

R7310k

C71

12nF

DAC

DA

4A

D18

65N

-K

1

23

45678

9

101112

24

2322

2120191817

16

151413

-Ua

trimmsb

IoutagndsjRfbUout

+Ud

sd+lerbck

+Ua

trimmsb

Ioutagnd

sjRfb

Uout

nc

sd-lel

dgnd

R102k

XS

12P

LD2-

10

13579

246810

R7622k

C75

12nF

R7510k

C72

12nF

R28

50k

C53

12nF

C70

100u

F6.

3v

C12

12nF

R77

2.4k

C450.1uF

C7

330p

F

R2410k

R6551

ST

DA

7M

5230

L

12 3 4567

gnd

bal

O-

I-adj

O+

I+

L2 47nH

C81

47uF

50v

R4 300

GR

DD

3A

DM

707A

R 1 2 3 45678

mr

vcc

gnd pfi

pfo

ncr-r+

C58

0.1u

FR6151

C4

12nF

C6

47uF

50v

C40

100u

F25

v

R23

2.4k

R3451

R91

10

C80

0.1u

F

DA

8A

D84

3KN

2 3 8 5

476 1

I- I+ zc zc

-u+uQ zc

R79

2.4k

R22

27

R5151

R85

50k

XS

1E

D35

0V02

1 2

R7122k

R88

51

R46

51

C69220pF

R10310k

VT5

2SC

3421

C48

12nF

R39

560

XS

6E

D35

0V02

1 2

C31

0.1u

F

XS

3E

D35

0V02

1 2

C21

10uF

50v

VT22SJ77ST

DA

13M

5230

L

12 3 4567

gnd

bal

O-

I-adj

O+

I+

C19

10uF

50v

VT3

2SC

3421

GG

133

.868

8MH

z

3

12

7

814

16

9

en

vcc

gnd

outvcc

engnd

out

ISO

U2

AD

uM14

01C

RW

1 23 4 5 6 8

16 1514 13 12 1110 9

7

v1 gn1

i0 i1 i2 q3 gn1

v2 gn2q0 q1 q2 i3

eob

gn2

eoa

C84

0.1u

F

R1710k

R82k

R3751

C34

12nF

R92

560

DA

14A

D84

3KN

2 3 8 5

476 1

I- I+ zc zc

-u+uQ zc

C61

10uF

50v

C76100uF10v

C28

10uF

50v

C291500pF

R10251

R94

51

C59

10uF

50v

XS

9E

D35

0V02

1 2

R40

51

R43

51

R8644k

C50

47uF

50v

DAC

DA

10A

D18

65N

-K

1

23

45678

9

101112

24

2322

2120191817

16

151413

-Ua

trimmsb

IoutagndsjRfbUout

+Ud

sd+lerbck

+Ua

trimmsb

Ioutagnd

sjRfb

Uout

nc

sd-lel

dgnd

L3 47nH

C30220pF

C9

10uF

50v

R8210k

C1510uF50v

C43

47uF

50v

C85

0.1u

FC

270.

1uF

C39

100u

F25

v

C37

0.1u

F

R6651

C1

10uF

50v

L5 47nH

R67

51

L8 47nH

R5851

R10410k

C47

100u

F25

v

R7044k

R49

10

C420.1uF

R5251

R9751

R252.7k

C730.1uF

L1 47nH

C16

10uF

50v

C52

12nF

C66

10uF

50v

R47

51

C67

10uF

50v

R89

51

R41

10

R2

10 R62

10

XS

5E

D35

0V02

1 2

C8

12nF

C561500pF

XS

8E

D35

0V02

1 2

C230.1uF

C3

100u

F25

v

CPL

D

DD

1EP

M71

28ST

C10

0-15

8990

18 4

11

1534 37 13 25 24

38

66

71

20

59

6282 73

95 8788

23 110

0 527

99 98 97 762

77 80 75 69 64 57 53

3 39 51 91

26 43 74 86

g_re

sd_

inp

vcc

tdi

gnd

tms

vcc

i/o1

i/o2

i/o3

i/o4

gnd

vcc

i/o18

i/o6

gnd

tck

vcc

tdo

gnd

g_cl

k

g_oe

i/o5

i/o8

i/o9

i/o10

i/o0

i/o11

i/o12

i/o13

i/o14

i/o7

i/o15

i/o16

i/o17

i/o19

i/o20

i/o21

i/o22

vcc

vcc

vcc

vcc

gnd

gnd

gnd

gnd

R5

300

XS

14P

LD2-

6

135

246

C86

0.1u

FR9951

L647

nH

R2610k

R59 51

R10151

Во многом она напоминает схему Lynx20, но есть и ряд существенных отличий, обусловленных иной элементной базой и полученным в ходе эксплуатации Lynx20 и Lynx23 опытом. Основная обработка цифрового потока производится в ЦФ DD2 (SM5847) совместно с ПЛИС DD1, которая обеспечивает оптимальные условия работы ЦФ. Для формирования крутых фронтов/спадов входных сигналов, необходимых для корректной работы ПЛИС, входные сигналы транслируются через формирователи микросхемы DD4, обладающие гистерезисными свойствами триггеров Шмита. Сигналы синхронной звуковой шины подаются на буферные формирователи через IDC – совместимую колодку XS11. На эту же колодку выводятся (через буферные формирователи той же микросхемы DD4) тактовые сигналы с частотами 384Fs, 192Fs и 96Fs, с помощью которых осуществляется синхронизация считывающего устройства. Выводы колодки XS11 с 1 по 10 совместимы с таковыми у ЦАП Lynx20DE. Подключение к внешним считывающим устройствам желательно осуществлять либо индивидуальными экранированными проводниками, либо плоским шлейфом. Длина соединения не должна превышать 200…300мм, в противном случае следует применить передачу сигналов в дифференциальном виде, например с помощью LVDS, RS485 или ЭСЛ приемопередатчиков.

При разработке этого ЦАП было решено отказаться от управления режимами работы ЦФ через ПЛИС и возможности организации приема управляющих сигналов по последовательному порту ввиду того, что такое управление оказалось практически невостребованным. Благодаря этому удалось заметно сократить требуемый объем ресурсов ПЛИС и применить иной прибор, характеризующийся меньшим уровнем помех, наводимых в шины питания и окружающее пространство. В новом устройстве применяется ПЛИС серии МАХ7000S (ЕРМ7128) с самым низким «грейдом» быстродействия, поскольку логические элементы таких ПЛИС при прочих равных условиях создают меньшие помехи. Реально уровень помех в питании (в диапазоне частот до 10ГГц) от EPM7128 c грейдом 15нс ниже такового от ПЛИС с грейдом 10нс на 2…3дБ. Текущий проект записывается в ПЛИС по стандартному интерфейсу JTAG через разъем XS12.

Режимы работы ЦФ и формат входной шины (RJ, I2S-48, I2S-64) устанавливаются соответствующим набором перемычек на колодке XS10 (установленная перемычка соответствует подаче на управляющий вход ЦФ лог.0). Указанные переключения могут производиться и с помощью логических сигналов ТТЛ или 5В – КМОП уровней, подаваемых от системы управления на нужные выводы колодок. Ниже приведена таблица соответствия перемычек управляющим входам ЦФ:

Таблица 1

№ замыкаемых контактов

Реализуемая функция или параметр

Значение параметра

разомкнуто замкнуто

1 - 2 Значение тактовой частоты ядра фильтра 192Fs 256Fs 3 - 4 Формат входных сигналов фильтра Не использовать! рабочий 5 - 6 Установка разрядности входных данных 1 Установить необходимую разрядность

входных данных согласно справочными данными на ЦФ SM5847 7 - 8 Установка разрядности входных данных 2

9 - 10 Управление внутренней синхронизацией фильтра

Синхронизация от тактовой частоты

Синхронизация от входной шины

11 -12 Установка коэффициента деления тактовой частоты (DV2)

Выбрать согласно рекомендациям справочных данных на ЦФ SM5847

13 - 14 Режим деэмфазиса включен выключен 15 - 16 Выбор коэффициентов фильтра деэмфазиса Для Fs = 32кГц Для Fs = 44.1кГц 17 - 18 Режим заглушения Сигнал заглушен Сигнал есть 19 - 20 Режим дизеринга выключен включен 21 - 22 Выбор коэффициента передискретизации 8х 4х 23 - 24 Установка коэффициента деления

тактовой частоты (DV1) Выбрать согласно рекомендациям справочных данных на ЦФ SM5847

25 - 26 Формат входной шины I2S Right - justified 27 - 28 Количество импульсов записи данных в

регистр ЦАП на периоде дискретизации 64 48

Питание цифровой части устройства осуществляется от стабилизатора +5В на DA1 типа М5237L и

VT1 через индивидуальные LC- фильтры. Выбор микросхемы M5237 обусловлен ее хорошими шумовыми свойствами (в 5-вольтовом стабилизаторе его шумовое напряжение примерно в 7…10 раз ниже, чем у стандартных стабилизаторов 7805) и доступностью. Применение в качестве регулирующего транзистора прибор структуры p-МДП позволяет немного уменьшить возможное проникновение помех от цифровой части в первичный источник и наоборот за счет большой величины динамического сопротивления канала ПТ.

Выходные сигналы управления микросхемами ЦАП от ПЛИС подаются на быстродействующие развязки U1 и U2 (ADuM 1401CRW), которые, как и в предыдущих конструкциях, служат для изоляции

цифровых цепей от аналоговых и цифроаналоговых с целью снижения некоррелированных помех в выходном аналоговом сигнале. Тактовый генератор и регистр пересинхронизации изолированы от “цифровой” части схемы и размещены на “аналоговой” стороне. Питание генератора осуществляется от собственного малошумящего стабилизатора, в качестве которого применен прецезионный ИОН типа AD586 с возможностью организации фильтра шумов, которая и использована в этом случае. Для лучшего подавления низкочастотных составляющих шума емкость конденсатора фильра увеличена в 10 раз по сравнению с рекомендованной в справочных материалах. Генератор тактового сигнала частотой 33.8688МГц (768Fs) – такой же, как и в Lynx20, производства английской фирмы Golledge. Этот генератор при его питании от очень “чистого” источника обеспечивает величину джиттера, не превышающую 5…7пс (в зависимости от экземпляра). Регистр пересинхронизации – 74АВТ574, по сути, не имеет альтернативы с точки зрения собственной апертурной неопределенности, ее величина (0.8…1пс) примерно вдвое ниже, чем у ближайшего аналога 74АС574. Регистр, “аналоговая” сторона развязок и цифровая часть микросхем ЦАП питаются от собственного стабилизатора на DA2 и VT2 (аналогичный стабилизатору питания “цифровой” части) через ндивидуальные LC -фильтры для каждой микросхемы.

Аналоговые цепи обоих каналов полностью идентичны. В каждом канале используется один сдвоенный ЦАП типа AD1865N-K(J). Его преобразователи получают прямые и инвертированные данные в “дополнительном до двух” коде, тем самым обеспечиваются противофазные приращения токов на их выходах. Выходные токи преобразуются в соответствующие напряжения каскадами на ОУ с ТОС типа AD811, отлично зарекомендовавшими себя ранее. На входе преобразователей ток – напряжение установлены емкости C7, С35, С51, С74, которые совместно с выходным сопротивлением токового выхода ЦАП образуют ФНЧ первого порядка с частотой среза порядка 500…600кГц, снижающий уровень ВЧ- составляющих на входах преобразователей. Эта мера позволила несколько снизить (хотя и несущественно, из-за очень высокого собственного быстродействия ОУ преобразователей) интермодовый пъедестал устройства.

Выходные противофазные сигналы поступают на вычитающий ФНЧ, который и формирует из двух противофазных сигналов один, а также осуществляет восстанавливающую фильтрацию. Частота среза фильтра выбрана равной 40 кГц, что, с одной стороны, достаточно для эффективной фильтрации ВЧ - составляющих спектра преобразованного сигнала при 8х передискретизации, а, с другой стороны, на октаву отстоит от верхней частоты спектра полезного сигнала, что гарантирует достаточную линейность ФЧХ. Сам вычитающий фильтр выполнен по схеме с многопетлевой ООС. По сравнению с фильтром Салена-Келли, схема с многопетлевой ООС обеспечивает лучшее подавление ВЧ - составляющих с частотами 300…400 кГц и выше за счет того, что конденсаторы первого звена фильтра включены не в цепь ООС (к выходу ОУ), а заземлены и, таким образом, работа первого звена, воспринимающего наиболее «жесткий» с точки зрения спектра сигнал, не зависит от частотных свойств петли ООС ОУ. Кроме того, схема с многопетлевой ООС позволяет очень просто и красиво реализовать вычитающий фильтр и таким образом совместить в одном каскаде и фильтрацию, и формирование единого сигнала из пары дифференциальных. В этом же каскаде введена балансировка ОУ по постоянному току для того, чтобы можно было скомпенсировать смещение, возникающее в каскадах преобразователей за счет значительных токов смещения ОУ с ТОС и собственного начального выходного тока ЦАП. Схема балансировки построена таким образом, что в качестве ОУ вычитающего фильтра можно применять разные типы микросхем (напр., OPA627, OPA132, AD843, AD845, AD817, LT1363, LM6171). При этом нужно лишь установить соответствующие джамперы на колодки XS13 и XS14 таким образом, чтобы реализовать схему балансировки конкертного ОУ. Расположение перемычек на этих колодках для указанных типов ОУ приведено в таблице:

Таблица 2

Тип применяемого в ФНЧ ОУ Расположение перемычек XS13 и XS14

AD843, AD845, OPA132, OPA134

AD817, AD847, LT1363

OPA627, OPA671

Сигнал с выхода вычитающего фильтра является выходным сигналом ЦАП, на внешние устройства он подается через Т-образный RC – фильтр, который защищает цепь ООС ОУ от высокочастотных помех извне.

Питание аналоговых цепей каждого канала осуществляется от двуполярных стабилизаторов последовательного типа, выполненных на основе микросхем М5230 фирмы Mitsubishi. Эти стабилизаторы отличает низкий уровень шума, достаточно высокие быстродействие, собственная линейность и коэффициент стабилизации. Стабилизаторы напряжений ±15В (DA9, DA15, VT3 – VT6) для питания ОУ выполнены с применением дополнительных внешних транзисторов, поскольку ток, потребляемый них, превышает максимальное для M5230 значение 30мА. Стабилизаторы напряжений ±5В питания микросхем ЦАП (DA7, DA13) внешних регулирующих транзисторов не имеют.

Конструктивно ЦАП выполнен на 4-х слойной двухсторонней печатной плате из материала FR4 толщиной 2мм размерами 180 х 100мм. Такое решение позволило выполнить «земляные» цепи в виде сплошных полигонов и таким образом как уменьшить излучаемые в окружающее пространство ВЧ-помехи, так и повысить устойчивость системы к воздействию внешних помех.

Элементная база ЦАП Lynx24 близка с таковой для Lynx20. В цифровой части применены SMD резисторы и конденсаторы типоразмера 0805. Для каждой микросхемы цифровой части организован собственный фильтр питания на основе ферритовой бусины и блокирующего конденсатора. Такие индивидуальные ячейки фильтровпозволяют существенно уменьшить взаимовлияние микросхем цифровой части и тем самым снизить вероятность возникновения «наведенного» джиттера. Электролитические конденсаторы, используемые для блокировки цифрового питания и питания цифровой части ЦАП – Rubycon Black Gate PK или Sanyo OS-CON SA. В фильтрах питания генератора и фильтре шума ИОН AD586 желательно применять конденсаторы Black Gate, поскольку они обладают минимальным «емкостным» шумом по сравнению с другими типами электролитических конденсаторов.

В цепях питания аналоговой части ЦАП и ОУ желательно применять блокирующие емкости типов Black Gate FK или NX, характеризующиеся не только малым «емкостным» шумом, но и высокой степенью собственной линейности. Дополнительно «аналоговые» питания блокированы фольговыми полипропиленовыми конденсаторами Wima FKP2 в непосредственной близости от выводов питания микросхем.

В вычитающем ФНЧ применяются SMD резисторы типоразмера 1206 и выводнЫе фольговые полипропиленовые конденсаторы Wima FKP2 точностью 2.5%. Такой точности вполне достаточно для реализации ФНЧ второго порядка.

При работе с микросхемами многоразрядных параллельных ЦАП следует иметь ввиду, что даже небольшой перегрев их выводов при пайке может существенно и необратимо ухудшить линейность ХП этих приборов, поэтому ЦАП желательно устанавливать в контактные панельки. Для обеспечения высокой надежности контакта с выводами микросхем лучше использовать панельки цангового типа AMP или Scott SA.

Регулирующие транзисторы стабилизаторов питания (VT3…VT6) желательно снабдить теплоотводами, обеспечивающими температуру корпусов приборов в установившемся режиме не более 40…50С. Для транзисторов VT1 и VT2 теплоотводы не нужны, если входные напряжения стабилизаторов не превышают 8…9В.

Для питания устройства в наилучшем случае желательно использовать 7 независимых стабилизированных источника:

1. +8…12В 200…250мА (питание ЦФ и ПЛИС) 2. +8…12В 100…130мА (питание регистра пересинхронизации) 3. +9…15В 50мА (питание тактового генератора) 4. +20…24В 100мА (питание положительного плеча аналоговой части левого канала) 5. -20…24В 100мА (питание отрицательного плеча аналоговой части левого канала) 6. +20…24В 100мА (питание положительного плеча аналоговой части правого канала) 7. -20…24В 100мА (питание положительного плеча аналоговой части правого канала)

Последние 4 источника первичного питания соединяются вместе и образуют в точке соединения «аналоговую» землю на самой плате ЦАП.

Если от устройства не требуется получение предельных параметров, то систему питания можно заметно упростить, например, применив один первичный источник вместо п.1) и п. 2), два или один двуполярный источник вместо п.4)…п.7)

Электролитические конденсаторы типа Black Gate в таком случае вполне заменимы на близкие по номналам из следующих типов (по мере ухудшения): Elna Silmic, Sanyo MV-AX, Panasonic FA, Elna RJH, а полевые транзисторы p-типа VT1 и VT2 – на биполярные pnp структуры (исток = эмиттер, сток = коллектор, затвор = база) мощностью рассеяния не менее 800мВт, напр., 2SA1315.

Первичные источники питания могут быть и нестабилизированными, поскольку все необходимые локальные стабилизаторы имеются на плате устройства, а их качество вполне достаточно для работы от нестабилизированных входных напряжений. В этом случае следует применять выпрямители с емкостями

фильтров не менее 2000…3000мкФ для «цифровых» питаний, 5000мкФ для питания генератора и по 4000мкФ для «аналоговых» питаний.

Внешний вид смонтированного модуля ЦАП Lynx24 представлен на рисунке:

Спектры выходного сигнала для различных уровней (0дБ, -20дБ, -40дБ и -60дБ), снятые с

помощью измерительного PCI АЦП на основе микросхемы АК5395 (дополнительно была проведена калибровка и программная компенсация искажений АЦП на сигнале частотой 918.75Гц от образцового аналогового генератора с уровнем собственных искажений -125дБ, так, что разрешающая способность АЦП на данной частоте составляла -117дБ) приведены ниже. На всех спектрограммах видно, что реализуемый динамический диапазон составляет не менее 98дБ, определяемых 16-разрядным сигналом на входе устройства.

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx24 для уровня 0dB (full scale)

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx24 для уровня -20dB

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx24 для уровня -40dB

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx24 для уровня -60dB

Авторский экземпляр ЦАП Lynx24 ( ЦАП с «грейдом» -К) обладает следующими техническими

характеристиками (при частоте дискретизации 44.1кГц): 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 45кГц для тестового 16-разрядного сигнала частотой 918гц полной шкалы, дБ -98 5) Уровень помех в полосе 100МГц на аналоговых выходах, дБ ниже -75 6) RMS джиттер сигнала тактового генератора, пс менее 6 Субъективное звучание ЦАП Lynx24 очень похоже на таковое Lynx20 – нейтральное, прозрачное и

чистое, с отличным разрешением и высокой детальностью. Практически полностью отсутствует какая-либо окраска и в результате устройство хорошо выявляет недостатки, как самих записей, так и других звеньев тракта звуковоспроизведения.

Дмитрий Андронников Санкт – Петербург,

Июнь – октябрь 2005г.