Модуль ЦАП lynx d29€¦ · полезного сигнала, что негативно...

LYN

X AU

DIO

Модуль ЦАП Lynx D29. Дорога к спектральной чистоте.

Стремительно развивающиеся сетевые способы передачи данных, в том числе и звуковых,

постоянный рост полезного объема систем памяти и вычислительной мощности компьютерных систем, упрощение доступа к интересующему контенту звуковых данных, существенно ослабили позиции оптических дисковых носителей и средств их считывания в области звуковоспроизведения. И, если наиболее высококачественные системы и по сей день представлены всё-таки именно специализированными устройствами считывания и воспроизведения звуковых данных с оптических носителей, то уже в следующей за ними качественной «нише» значительное место занимают системы компьютерного воспроизведения, позволяющие работать с контентом самых разнообразных форматов, в том числе и высокого разрешения с частотой дискретизации 96 кГц и более и разрядностью данных в 20 и более бит.

Для воспроизведения записей в таких форматах есть несколько способов. Первый и наиболее распространенный – это программный пересчет данных под пониженную частоту дискретизации и разрядность (программный ресемплинг) и выдача уже пересчитанного потока для преобразования в типовом ЦАП с частотой дискретизации 44.1/48 кГц и разрядностью данных 16 или 24 бита.

Второй – это аппаратный ресемплинг с помощью специализированных микросхем или DSP общего применения, работающих с соответствующей программой. Данный способ более универсален, не связан с конкретными ОС и ПО компьютеров и помимо пересчета параметров потока данных, обеспечивает дополнительную защиту от джиттера канала передачи. К сожалению, такой способ тоже не лишен недостатков, в списке которых как глобальные и неустранимые (например, потеря количества информации по сравнению с исходным потоком вследствие уменьшения частоты дискретизации), так и технические ситуационные (ошибки при округлениях в процессе вычислений).

Самым правильным и точным, теоретически позволяющим сохранить всю информацию, содержащуюся в исходном контенте, является третий способ – прямое преобразование данных формата высокого разрешения в аналоговый сигнал. На сегодняшний день для выполнения такой задачи с той или иной степенью точности существует достаточно обширный выбор аппаратных средств, выпускаемых многими фирмами – производителями. Однако внимательное изучение справочных и информационных материалов приводит к весьма неутешительным выводам – подавляющее большинство микросхем, способных осуществлять преобразование данных в форматах высокого разрешения, к сожалению не могут делать это с требуемой точностью. Уровень искажений и ЭДД 90% микросхем ЦАП, работающих с форматами 24 или 32 разряда и частотами дискретизации до 200 кГц, соответствует в лучшем случае 13…15-разрядному разрешению. И только весьма немногочисленные микросхемы ЦАП способны обеспечить более чем 18….19 разрядное разрешение по искажениям. Наиболее известны приборы AD1852, AD1853, AD1955 (Analog Devices), PCM1738, PCM1792, PCM1794 (Texas Instruments), SM5865+SM5847, SM5866 (NPC), CS43122, CS4398 (Cirrus Logic), WM8740, WM8741 (Wolfson Microelectronics), AK4395, AK4399 (Asahi Kasei)

В течение последней пары лет мне удалось реализовать в том или ином виде ЦАП практически на всех перечисленных микросхемах (кроме WM8740, CS43122 и AK4399) и на основании сравнения полученных результатов, сделать ряд интересных выводов. Поскольку технические параметры всех приборов очень высоки и некоторые из них весьма сложно измерить с достаточной степенью достоверности, то основным критерием качества прибора было принято субъективное восприятие звучания ЦАП на его основе, выполненного по типовой схеме с оптимизацией применяемых типов элементов по отношению к параметрам выходного сигнала микросхем ЦАП.

Хуже всех с субъективной стороны проявили себя ЦАП со встроенными преобразователями ток-напряжение и ФНЧ на переключаемых конденсаторах – CS4398, AD1852 и AK4395. Несмотря на значительные различия в технологии производства и параметрах собственных ЦФ, устройства на основе этих микросхем имели характерный яркий, звонкий звук, однообразный и очень быстро надоедающий. При этом такой характер звучания сохранялся неизменным при различных вариантах построения буферных каскадов и аналоговых ФНЧ.

Все приборы с токовым выходом и внешними аналоговыми цепями оказались существенно лучше «полных ЦАП на кристалле», но и у них не наблюдается однородности. Линейка ЦАП РСМ179х, на которую еще несколько лет назад я возлагал определенные надежды, оказалась весьма неудачной по звучанию. Практически все приборы этой серии, несмотря на великолепные (по техническим характеристикам) цифровые фильтры, обладают характерным «пластмассовым» звуком, причем по своему характеру одинаковым даже в различных аппаратах и при разной схемотехника и топологии аналоговых каскадов. Разочарование в этих микросхемах ЦАП привело к тому, что устройство Lynx 25 на основе РСМ1792 (РСМ1794) после изготовления и испытаний опытного образца было демонтировано, а его описание осталось неопубликованным.

LYN

X AU

DIO

Из оставшихся микросхем наилучшие субъективные результаты показали SM5865+SM5847 и AD1853. На основе первых были разработаны и изготовлены опытный модуль ЦАП Lynx 23 и серийный Lynx 28, показавшие прекрасные объективные параметры и обладающие очень хорошим, приятным и естественным звучанием, а на основе второй – опытный ЦАП Lynx 15. К сожалению, ряд ошибок в исходных условиях при разработке этого ЦАП 8-летней давности не позволили полностью реализовать потенциал микросхем AD1853, и проект Lynx15 не был завершен.

Эта «незавершенка» вместе с великолепным звучанием аппаратов фирм Accuphase и НЭМ, созданных на основе AD1853 и стали побудительным мотивом для разработки нового ЦАП Lynx D29. При проектировании устройства основное внимание было уделено обеспечению максимальной помехозащищенности и снижению всех видов искажений преобразованного сигнала. Изучение свойств ЦАП AD1853 показывает, что в сравнении с другими ДС ЦАП верхнего качественного сегмента, эти приборы обладают очень низким значением выходного тока. Данное свойство AD1853 крайне благоприятно сказывается на работе ОУ преобразователей ток – напряжение, выходы которых не нагружены большим током питания модуляторов ЦАП, протекающим через низкоомные резисторы обратной связи. К сожалению, в большинстве более - менее качественных ДС ЦАП с токовым выходом, выходной ток очень велик, что зачастую является существенным фактором, определяющим посредственное качество звучания устройств на их основе, поскольку многие разработчики, особенно начинающие, не придают значения такой «мелочи». Микросхемы AD1853 позволяют использовать в преобразователях I/U ОУ с небольшим выходным током, в частности ОР42, обладающие великолепным входным каскадом, весьма устойчивым к воздействию ВЧ – составляющих высокого уровня. Более того, использование подобных ОУ оказалось целесообразным даже при включении ЦАП в монорежиме, при котором выходной ток увеличивается в два раза. Ряд экспериментов, проведенных с различным построением преобразователей ток - напряжение (традиционный на ОУ по схеме приемника тока, схема Хоксфорда на основе OTA, схема с интегрирующей ООС) показали, что при соблюдении ряда конструктивных и схемотехнических условий, наиболее универсальна, нейтральна и «жанронезависима» именно классическая схема приемника тока на ОУ. Более того, выяснился еще один интересный и неочевидный момент. Потенциал на выходе преобразователя I/U, обеспечивающий ток середины шкалы выходов ЦАП, который часто стараются свести к нулю путем питания выхода ЦАП через дополнительный резистор (как это рекомендовано, например, в справочных материалах на AD1955), обеспечивает работу выходного каскада ОУ преобразователя ток - напряжение в режиме класса А, исключая тем самым наиболее неприятные коммутационные искажения и снижая общий уровень гармоник. Небольшая постоянная синфазная составляющая на входе разностного каскада, присутствующая в таком режиме, практически не сказывается на качестве его работы, особенно при выборе напряжения питания ОУ выше ± 10…12 В.

В довершение ко всему, непосредственное задание начального тока выходов через резисторы с шины питания способствует проникновению всех шумов и помех, присутствующих на этой шине в цепь полезного сигнала, что негативно отражается на общем качестве работы ЦАП. Поэтому, учитывая опыт работы с ЦАП Lynx D37 и Lynx15, при реализации нового устройства было решено отказаться от дополнительных питающих выходы ЦАП резисторов.

Для нового ЦАП было решено применить моновключение микросхем AD1853 – по одной на канал. Такое включение позволяет снизить искажения и шум самих ЦАП (примерно в 1.5 раза по сравнению с типовым включением) и, одновременно, за счёт использования отдельных цепей питания, повысить разделение каналов. Формирование необходимых для работы микросхем ЦАП в монорежиме сигналов осуществляется в ПЛИС. Кроме того, проект ПЛИС предусматривает:

а) формирование сигналов последовательного порта управления режимами ЦАП при включении устройства, отличные от установок по умолчанию и позволяющих работать с форматом CDDA и 16-разрядными входными данными,

б) преобразование 48-клокового формата синхронизации входных данных (свойственный многим сервопроцессорам CDDA) в 64-клоковый, воспринимаемый AD1853

в) коммутацию входных шин и возможность подключения внешнего микроконтроллера для конфигурации AD1853

г) сквозную синхронизацию всех процессов с частотой основного тактирования (мастерклока) - либо внешнего при работе устройства в ведомом режиме от внешнего источника данных и такта, либо внутреннего, при работе устройства в мастер – режиме и тактировании предшествующих средств считывания и обработки данных от ЦАП.

Коммутация тактового сигнала, поступающего на микросхемы ЦАП, с целью снижения джиттера осуществляется внешними логическими элементами, управляемыми сигналами с выхода ПЛИС, причем само переключение происходит не за счет логического мультиплексирования, а за счет разрешения работы выхода соответствующего элемента.

Преобразование выходного тока в напряжение, разностная обработка и дальнейшая фильтрация ВЧ – составляющих производится каскадами на основе хорошо известных ОУ OP42, отличающихся как

LYN

X AU

DIO

высокими объективными параметрами и рядом весьма важных для послеЦАПовой работы свойств, так и субъективной «музыкальностью» и «воздушностью».

Каждая функционально - целостная часть устройства питается от собственного стабилизатора напряжения, что позволило существенно снизить перекрестные помехи и обеспечить высокой разделение каналов в аналоговой части.

При проектировании печатной платы особое внимание было уделено обеспечению максимальной помехозащищенности и минимизации влияния сигналов цифровой части на аналоговую. Плата выполнена в четырех слоях, все токоведущие дорожки выполнены без резких изгибов, наиболее высокочастотные сигналы подводятся посредством квазиволноводных линий, используется многосекторный слой «земли», исключающий протекание токов сигналов с широким спектром в районе микросхем ЦАП и тактового генератора и в то же время обеспечивающий сплошной слой нулевого потенциала под всеми компонентами. Применение одно- и двухслойных печатных плат в устройствах, работающих с широкополосными сигналами, не позволяет реализовать подобные топологические приемы борьбы с помехами и является на сегодняшний день анахронизмом, позволяющим лишь несколько снизить себестоимость изделия, правда, в ущерб конечному результату – качеству звука.

Помимо конструктивных мер снижения помех, в устройстве реализованы и известные схемотехнические меры, применяемые в измерительной аппаратуре - развязка питания цифровых микросхем индивидуальными LC-фильтрами, раздельные источники питания для функционально законченных участков схемы, применение защитных резисторов во всех цепях передачи цифровых сигналов, ограничение быстродействия применяемой дискретной логики и работа ПЛИС с малой скоростью нарастания напряжения выходных буферов. В аналоговых цепях особое внимание уделено устойчивости, как усилительных каскадов, так и источников питания в любых рабочих условиях, а также помехозащищенности цепей, в том числе и по отношению к помехам, проникающим через соединительный кабель на выход устройства. Для этого стабилизаторы питания рассчитаны из условий гарантированной устойчивости в любых условиях работы, а цепи выходного аналогового сигнала снабжены защитными Т-фильтрами и выполнены в виде квазиволноводных структур, направляющие плоскости которых выполняют функцию сплошного электростатического экрана.

При выборе элементной базы основополагающим является принцип разумной достаточности в широком смысле этого понятия. В цифровых цепях применены плоскостные SMD – резисторы, обладающие минимальной собственной емкостью и индуктивностью и многослойные SMD керамические конденсаторы. В наиболее ответственных точках (питание генератора и цифровое питание ЦАП) осуществляется комбинированное шунтирование питаний. Для аналоговых цепей выбраны более удачные резисторы типа MELF, обладающие минимальными собственными шумами и нелинейностью, но и бОльшей собственной индуктивностью по сравнению с плоскостными резисторами.

Во всех цепях питания применены низкоимпедансные электролитические конденсаторы Panasonic FK, кроме отличных частотных параметров обладающие к тому же и низким «емкостным» шумом.

Питание тактового генератора, коммутатора тактового сигнала и аналоговых частей микросхем ЦАП осуществляется от собственных малошумящих стабилизаторов. Стабилизаторы аналогового питания раздельные для каждого канала и выполнены по схеме ИОН - ФШ - ОУ, что гарантирует крайне низкий шум, гладкую переходную характеристику (при правильном выборе коррекции ОУ) и высокую линейность выходного сопротивления стабилизаторов. Поскольку для повышения «энерговооруженности» аналоговых цепей, выходные конденсаторы стабилизаторов выбраны необычно большой величины – по 3000 мкФ на каждое плечо каждого из питаний, то для гарантированной устойчивости стабилизаторов в их силовых цепях установлены низкоомные защитные резисторы.

Принципиальная схема ЦАП Lynx D29 приведена на рис. 1. При работе в мастер – режиме входные данные подаются на колодку XS4 «IIS MASTER», с неё же

снимается сигнал частотой 16.9344 МГц (384FS) для тактирования источника данных. При работе в ведомом режиме входные данные и основная тактовая частота 22.5792 МГц (512FS) подаются на колодку XS3 «IIS SLAVE». Выбор входа осуществляется соответствующей перемычкой или подачей сигнала ТТЛ уровней на колодке XS2 «HW CONTROL». Аналогичным образом с помощью колодки XS2 выбирается разрядность входных данных (16 или 24), формат входных данных (I2S или RJ), количество клоков на периоде LRCK (64 или 48) и возможность внешнего управления конфигурацией AD1853. Сигналы SPI от внешнего контроллера управления режимами AD1853 подаются на колодку XS1 «CONFIG AD1853»

Предварительная обработка входных данных, преобразование их вида, формирование протокола работы микросхем ЦАП в монорежиме и сигналов SPI загрузки начальных установок производиться в ПЛИС DD5. При написании проекта ПЛИС (как и во всех предыдущих проектах) были приняты меры по минимализации помех от её работы. В результате общий уровень помех по питанию от ПЛИС находится на одном уровне с таковым от 5…8 корпусов дискретной логики серии ALS. Данная информация может быть полезна в общеобразовательных целях для разработчиков, малознакомых с программируемой логикой и пребывающих в заблуждении относительно реального уровня помех, ею создаваемых

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

Lynx

Aud

io E

ngin

eeri

ng D

epar

tmen

t

+22VA OUT ROUT L

JTAG

-22VA

CONF

IG A

D185

3

HW C

ONT

ROL

IIS M

ASTE

R

IIS S

LAVE

+9V

DA

C+1

2VO

SC

+9V

CN

V

997

3

DA

C L

ynx

D29

11

Wed

nesd

ay, J

uly

22, 2

009

Title

Size

Doc

umen

t Num

ber

Rev

Dat

e:S

heet

of

B2

-15V

R

+5VD2

B4B3B1

+15V

R

+5VD2

+15V

L

+5V

D1

+5V

DI

+3.3

VD

D+5

VD

2

tdo

tck

tdi

512F

s

tdo

tms

+3.3

VC

P

tms

MC

LKIE

N

tdi

768F

sEN

tck

+3.3VCP

SLR

CK

IS

SD

I

SDEE

MP

CLA

TCH

CD

ATA

16/2

4B

SM

CLK

I

SS

DI

SDEE

MP

SB

CK

I

MLR

CK

IM

SD

I

SLR

CK

I

MB

CK

I

MM

CLK

O

SB

CK

I

SM

CLK

I

+5V

DI4

MAS

TER

16/2

4B

RJ

CN

F_E

N

48C

LK

MB

CK

IM

SD

IM

LRC

KI

48C

LK

RJ

CC

LK

MAS

TER

CN

F_E

N

cli

cdi

cki

rji 16/2

4

cnfi

48i

msi

sdm

p

mbc

i

slrc

i

smci

sbci

sxdi

mxd

im

lrci

mm

ci

cli

cdi

cki

rji 16/2

4

msi

int1

sbci

sxdi

MM

CLK

O

mbc

i

mxd

i

cnfi

48i

int1

sdm

psm

ci

slrc

i

int2

int2

mlrc

i

+5V

DI

+5V

DI

+5V

DI

+5V

DI

+5V

DI2

+5V

DI3

+5V

DI4

DG

ND

+5V

DI3

mm

ci

+3.3VDD

768F

s

rese

t

+5V

DI1

CC

LK

CLA

TCH

CD

ATA

+5V

DI1

B1

B2

B4

B3

-15V

L

s2s1 s3 s4

AG

ND

s5 s6 s7 s8

s1s2 s4

s3

s6

s7s5

s8

C23680pF

C19

10nF

X1

ED

350V

02

1

2

R14

210

k

R82

51

R25

1k

R496.2k

C75

10uF

50v

R99

1k R11

110

0

R13

910

k

C10

310

0uF

16v

R21

1k

R15

610

k

R87

2k

R164100

R10

51

C58

10uF

25v

DA

19M

C79

L05

1

32

C52

220p

FC

5710

nF

R11

100

R85

51

R46

51

R10

910

k

C12

10uF

25v

C621500uF

25v

R59

22

C72

0.1u

F

R13

510

k

DA

17M

C79

L05

1

32

R2012k

XS

3P

LD2-

10

1 3 5 7 9

2 4 6 8 10

X4

ED

350V

02

1 2

C83

220p

F

C8

0.1u

F

R66

51

C85

10nF

R15

2k

R13

068

0

X2

ED

350V

02

1

2

C33

10uF

25v

DA

12N

E55

34

23

7

6

4

L447nH

R12

21.

5k

C30

0.1u

F

R1

1.5

R291k

VT52SC4793

R33

51

R16

110

0

C49

330p

F

C92

0.1u

F

R43

1.5k

R79

51

R51

20k

C14

0.1u

F

R62

1.5

C10

612

pF

L847nH

R24

4.3k

C2

100u

F16

v

R15

34.

7

R95

51

R10

215

0k

R35

100

R16

310

0

C251500uF25v

C10

510

nF

R86

3.9k

C56

330p

F

C86

10nF

R341.5

XS

4P

LD2-

101 3 5 7 9

2 4 6 8 10

C13

10uF

25v

R14

910

k

R12

51

VD3BAS32

R84

51

C43

10nF

DA

21LM

317E

MP

321

L10

47nH

DA

16M

C78

L05

13

2R

143.

9k

L5 47nH

L247nH

DA

5A

D58

6JR

62

48

R110100

C401500uF25v

C15

10nF

R45

1.5

R37

15k

R39

680

R31100

R68

51

R12

151

C10

210

uF25

v

C21

220p

F

C3110nF

C41

220p

F

R6

51

CPL

D

DD

5EP

M32

56AT

C14

4-10 3

4

13172024

2633

50 51

5257

58

5964

122

113

105

104

72

139

13295

94 66

127

138

70

89

7185

136

41 40 39 3877

76

37 29

73 144

135

130

129

128

126

124

123

115

114

133

131

69 44 4265

134

120

436768

121

116

119

118

117

31 28 2513

712

5

gnd

tdi

gnd

gnd

tms

vcc

gnd

gnd

vcc

vcc

gnd

gnd

vcc

gnd

gnd

I/OI/O

gnd

tdo

I/O

I/OI/Ovcc

gnd

I/O

I/O I/O

I/O

tck

I/Ognd

I/O

I/O I/O I/O I/Ognd

vcc

I/O I/O

vcc

vcc

gnd

vcc

gnd

dinp

goe

gnd

vcc

vcc

gnd

I/OI/O

I/O I/O I/OI/O

I/OI/OI/OI/OI/O

I/OI/O I/O I/OI/O

I/O I/O I/OI/O I/O

C78

10uF

50v

DA

9O

P42

FJ

236

7 4

VT82SA1837

R16

04.

7

R70

51

R12

051

C89

10nF

R14

668

0

R57

51

R83

51

C53

10uF

25v

DA

13N

E55

34

2 3

7

6

4

C201500uF

25v

C27

10uF

50v

R58

22

R10

610

k

R23

100

C63

220p

F

DA

22A

D58

6JR

62

48

R38

51

R14

14.

7

R5

15k

R1131.5

R13

168

0

R92

150k

C10

0.1u

F

DA

8O

P42

FJ

2 36

7 4

R10

73.

9k

R12

31.

5k

C1

0.1u

F

C73

10uF

25v

C10

712

pF

R13

810

k

R15

422

0

C68

10uF

50v

R11

715

k

C48

330p

F

R40

1kR

441.

5k

X7

ED

350V

02

1 2

R27

150k

R9

51

C7

0.1u

F XS

5P

LD2-

101 3 5 7 9

2 4 6 8 10

C1010.1uF

R56

51

C18

10nF

R13

310

k

R11

551

C35

100u

F35

v

C3447uF10v

R881k

C60

10nF

R14

410

k

C29

10nF

R91

51

R12

56.

2k

R15

510

k

R10

510

k

R94

1kR

964.

3k

R71.5

C44

10nF

R161k

C28

10uF

50v

C24

220p

F

C61 10

nF

R2

1k

C36

10uF

50v

R77

100

R78

51

VT2

KTC

3206

R1041k

R98

4.3k

C96

100u

F16

v

R13

622

0

DA

1M

AX

809S

TR

1

3

2

R12

920

k

DA

7O

P42

FJ

236

7 4

R12

61.

5

DA

23LM

317E

MP

321

R15

74.

7

R3

1.5k

R41

51

C59

10nF

R15

124

0

L1 47nH

DA

2A

D18

53JR

S

1

2

345

67

89

10

11

1213

14

28

272625

2423

22

2120

19

18

1716

15

0vd

mclk

wrwckwdi

int4xint2x

zrrdem

I ref

0va

OL+OL-

Uref

vcd

sdibcklrck

resmut

zrl

id0id1

filtb

vca

OR+OR-

fcr

VD1BAS32

DA

11O

P42

FJ2 3

6

7 415

R55

51

R64

1.5k

C65680pF

VD

4B

AS

32

R13

210

k

C3

0.1u

F

C7410nF

R72

15k

R15

010

k

R53

22

R42

51

R60

51

C4

0.1u

F

C99100uF16v

VT4

KTC

3206

R19

150k

VT72SC4793

C88

1500

uF25

v

R80

100

R74

51

C671500uF25v

C32

10uF

50v

C7747uF10v

C64

10nF

R14

539

0

R22

4.3k

R12

71.

5k

C10

44.

7uF

16v

R54

51

R12

44.

7k

R484.7k

R11

868

0

R162100

C70

100u

F35

v

R47

1.5k

X5

ED

350V

021 2

X3

ED

350V

02

1

2

R18

51

C9

0.1u

FC

50.

1uF

R52

22

C69

10uF

50v

R14

810

k

XS

2P

LD2-

10

1 3 5 7 9

2 4 6 8 10

DA

14N

E55

34

23

7

6

4

R14

010

k

C95

4.7u

F16

v

DD

174

HC

14

1 3 5 13 11 914

2 4 6 12 10 87

d0 d1 d2 d3 d4 d5+u

q0 q1 q2 q3 q4 q50v

L7 47nH

DD

774

AH

C1G

125

58

488

out

vcc

gnd

inoe

C87

10nF

DD

374

HC

14

1 3 5 13 11 914

2 4 6 12 10 87

d0 d1 d2 d3 d4 d5+u

q0 q1 q2 q3 q4 q50v

R9312k

L6 47nH

R15

810

k

R11

251

R32

100

C38680pF

R10

32k

R65

51

C10

912

pF

R17

3.9k

C42

10uF

25v

DA

3A

D18

53JR

S1

2

345

67

89

10

11

1213

14

28

272625

2423

22

2120

19

18

1716

15

0vd

mclk

wrwckwdi

int4xint2x

zrrdem

I ref

0va

OL+OL-

Uref

vcd

sdibcklrck

resmut

zrl

id0id1

filtb

vca

OR+OR-

fcr

R90

3.9k

C46

1500

uF25

v

R761.5

R14

310

k

VT1KTC3206

R71

4.7

R73

51

C10

010

0uF

16v

R10

03.

9k

C93

10uF

25v

XS

1P

LD2-

101 3 5 7 9

2 4 6 8 10

C84

10uF

25v

R67

1k

DA

4A

D58

6JR

62

48

R28

2k

R10151

VD2BAS32

C26

10uF

50v

C39

220p

F

C94

100u

F16

vR

134

10k

C50

220p

F

R8

100

R81

51

C22

10nF

R63

51

L9 47nH

C80680pF

R97

100

R26

3.9k

DD

474

HC

14

1 3 5 13 11 914

2 4 6 12 10 87

d0 d1 d2 d3 d4 d5+u

q0 q1 q2 q3 q4 q50v

VT3KTC3206

R36

51

R89

51

L3 47nH

R11

610

k

R12

851

C16

10uF

25v

DD

274

HC

14

1 3 5 13 11 914

2 4 6 12 10 87

d0 d1 d2 d3 d4 d5+u

q0 q1 q2 q3 q4 q50v

R15

94.

7

DA

15N

E55

34

2 3

7

6

4

C91

0.1u

F

DA

6O

P42

FJ

2 36

7 4

C47

10nF

DA

10O

P42

FJ2 3

6

7 415

DA

24LM

317E

MP

321

VT62SA1837

R50

51

C6

0.1u

F

C11

0.1u

F

R75

51

R11

91k

R13

51

C76

10nF

C17

10nF

R11

410

0

C90

330p

F

C821500uF25v

C54

100u

F16

v

C81

220p

F

R13

722

0

DD

674

AH

C1G

125

58

488

out

vcc

gnd

inoe

R69

51

R4

4.7

C37

10uF

50v

R30

3.9k

DA

20LM

317E

MP

321

C51

0.1u

F

R10

851

R15

251

C79

10uF

50v

C45

10nF

C71

10uF

50v

R14

710

k

C66

220p

F

R61

51

C10

812

pF

C98100uF16v

GG1

33.8

688M

Hz 5

84

out

vcc

gnd

DA

18M

C78

L05

13

2

C55

10uF

25v

X6

ED

350V

02

1 2

C97

100u

F16

v

Рис

. 1

LYN

X AU

DIO

(разумеется, при правильном написании проекта и задании его свойств). Кроме того, применение ПЛИС позволяет существенно упростить и оптимизировать трассировку относительно большого количества разнородных сигналов, подаваемых на микросхемы ЦАП.

Тактовый генератор мастер – режима выполнен на основе интегрального кварцевого генератора G1 с малым джиттером и низким потребляемым током. Последнее свойство позволяет использовать в качестве малошумящего стабилизатора его питания замечательные микросхемы ИОН AD586, позволяющие простыми средствами реализовать структуру ИОН – ФШ – ОУ, характеризуемую исключительно низким уровнем шумов в выходном напряжении и высокой стабильностью. Коммутацию тактового сигнала микросхем ЦАП (либо от собственного генератора, либо от генератора источника данных в ведомом режиме) осуществляют одноэлементные буферы DD6 и DD7. Выход буфера, не используемой в текущей конфигурации устройства частоты переводится в высокоимпедансное состояние. Такое построение коммутатора обеспечивает несколько меньший собственный джиттер, чем цифровой мультиплексор.

Для обеспечения совместимости с 5-вольтовыми уровнями входных сигналов, входные буферные триггеры Шмитта питаются от собственного стабилизатора +5 В на DA20 типа LM317, а ПЛИС – от стабилизатора +3.3 В на DA21 такого же типа.

Цифровая часть AD1853 питается от собственных стабилизаторов на микросхемах DA23 и DA24 типа LM317, а аналоговая, с целью снижения помех и шумов питания модуляторов – от стабилизаторов на микросхемах DA4 и DA5 типа AD586. Собственно микросхемы ЦАП включены в одноканальной конфигурации, подробно рассмотренной в справочных материалах на AD1852. При этом выходные токи каналов каждой AD1853 суммируются непосредственно на входах преобразователей ток – напряжение. Последние, как было отмечено выше, выполнены на основе ОУ DA6 – DA9 типа ОР42. С целью обеспечения благоприятных условий работы ОУ, в схемах преобразователей использована как фильтрация помех непосредственно на выходах ЦАП, так и в цепи ООС усилителей. В схеме не используются дополнительные резисторы питания модуляторов ЦАП, подключаемые к положительному источнику питания. Это позволило одновременно снизить уровень помех за счет отсутствия их прямого проникания с шины питания и повысить линейность ОУ, поскольку их выходной каскад работает в классе А с начальным током, определяемым током середины шкалы ЦАП, при этом верхний транзистор выходного повторителя ОУ никогда не закрывается, что исключает возникновение коммутационных искажений и очень благоприятно сказывается на общем спектре искажений, вносимых ОУ. Противофазные сигналы с выходов преобразователей вычитаются в каскадах на ОУ DA10 и DA11. На этих же ОУ выполнен и восстанавливающий ФНЧ. Выход фильтра – вычитателя является выходом всего устройства в целом. Для реализации «комфортных» условий работы выходных каскадов DA10 и DA11, они умощнены внешним однотактным эмиттерным повторителем, работающим в классе А с током покоя 10…15 мА. В фильтре – вычитателе предусмотрена возможность точной балансировки ОУ по постоянному току, что позволяет устранить возможное постоянное смещение из-за разности выходных токов середины шкалы AD1853, неодинаковости величин сопротивлений цепей ООС и собственных напряжений смещения ОУ.

Питание аналоговых цепей осуществляется от компенсационных стабилизаторов, раздельных для каждого канала. Стабилизаторы выполнены по стандартной схеме ИОН – ФШ – ОУ, причем в качестве ИОН используются интегральные стабилизаторы типов 78L05 и 79L05, что, учитывая их относительно малый уровень шума и его дальнейшую фильтрацию, очень удобно. Как было отмечено выше, в цепях аналогового питания применены шунтирующие конденсаторы довольно большой емкости – по 3000 мкФ на каждое плечо каждого канала. Для того чтобы обеспечить гарантированную устойчивость стабилизаторов, их выходы отделены от этих конденсаторов защитными резисторами небольшого сопротивления (1…1.5 Ом). ОУ стабилизаторов DA12 – DA15 типа NE5534 дополнительно скорректированы внешними конденсаторами.

Схема источника питания и первичных стабилизаторов приведена на рис. 2. Все выпрямители выполнены на диодах Шоттки, питания цифровой части и генератора

формируются первичными стабилизаторами на микросхемах DA1 – DA3, питания аналоговой части – нестабилизированные. Между выпрямителями и конденсаторами фильтра включены защитные резисторы, которые ограничивают импульсы тока заряда конденсаторов по величине и снижают скорость нарастания этого тока. Подобное решение позволяет уменьшить уровень помех от заряда конденсаторов фильтра, но при этом несколько снижает величину выпрямленного напряжения на выходе. Емкость конденсаторов фильтра аналогового питания выбрана весьма значительной величины – около 30000 мкФ на каждое плечо, поэтому для исключения перегрузки питающих трансформаторов при включении желательно (но не обязательно) использовать какую - либо систему плавного запуска. Плата источников питания имеет и второй вариант – не с набором параллельных конденсаторов относительно невысокой емкости, а с единичными конденсаторами емкостью 10000…22000 мкФ диаметром до 35мм.

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

16VAC2 14VAC1 12VAC1 12VAC2

22VA1 22VA2 +12VOSC

+9VCNV +9VDAC

Lynx

Aud

io E

ngin

eeri

ng D

epar

tmen

t

16VAC1

994

5

Lynx

PW

R29

Pow

er S

uppl

yA4

11

Mon

day,

Jul

y 06

, 200

9

Title

Siz

eD

ocum

ent N

umbe

rR

ev

Dat

e:S

heet

of

C8

3300

uF35

v

C23

3300

uF35

v

R1

1

R6

1

VD

21E

S1F

VD

22E

S1F

XS

3E

D35

0V02 1 2

C2

3300

uF35

v

R8

1

C11

0.47

uF25

0v

C27

100u

F35

v

C21

0.47

uF25

0v

VD

18M

BR

S11

00

C25

0.33

uF25

0v

C12

3300

uF35

v

R9

1

C18

3300

uF35

v

VD

8M

BR

S11

00

VD

20M

BR

S11

00

R4

1

C9

3300

uF35

vC

1333

00uF

35v

C14

3300

uF35

v

XS

5E

D35

0V02 1 2

VD

14M

BR

S11

00

C10

0.47

uF25

0v

VD

2M

BR

S11

00

XS

10E

D35

0V02

1 2

C16

3300

uF35

v

C19

3300

uF35

v

R7

1R5

1

XS

9E

D35

0V02 1 2

DA

3K

IA78

09A

PI

13

2

C3

3300

uF35

v

XS

6E

D35

0V02

1 2C

2410

0uF

35v

C4

3300

uF35

v

VD

16M

BR

S11

00

C6

3300

uF35

v

R2

1

VD

5M

BR

S11

00

C20

3300

uF35

v

VD

1M

BR

S11

00

VD

17M

BR

S11

00

VD

4M

BR

S11

00

VD

6M

BR

S11

00

XS

8E

D35

0V02

1 2

XS

7E

D35

0V02 1 2

VD

10M

BR

S11

00

DA

2K

IA78

09A

PI

13

2

VD

7M

BR

S11

00

C22

0.47

uF25

0v

C15

3300

uF35

v

C28

3300

uF35

vV

D19

MB

RS

1100

C7

3300

uF35

v

DA

1K

IA78

12A

PI

13

2V

D11

MB

RS

1100

VD

13M

BR

S11

00

XS

4E

D35

0V02

1 2

VD

23E

S1F

R10

1C1

3300

uF35

v

C29

100u

F35

v

R3

1

XS

1E

D35

0V02 1 2

VD

3M

BR

S11

00

XS

2E

D35

0V02

1 2

VD

9M

BR

S11

00

VD

12M

BR

S11

00

C17

3300

uF35

v

C26

3300

uF35

vV

D15

MB

RS

1100

C5

3300

uF35

v

LYN

X AU

DIO

Конструктивно ЦАП выполнен на четырехслойной печатной плате размерами 100 х 200 мм с покрытием иммерсионным золотом, а источник питания – на двухсторонней печатной плате размерами 80 х 180 мм (с набором конденсаторов) или 80 х 140 мм с единичными конденсаторами.

Внешний вид собранных плат ЦАП и источника питания первого варианта приведен на рис. 3 и рис. 4 соответственно:

Рис. 3. Плата ЦАП Lynx D29

Рис. 4. Плата источника питания Lynx PWR29V1

В устройствах применены плоскостные SMD резисторы типоразмера 0805 Yageo, резисторы MELF

типоразмеров 0204 и 0207 BC Components и Vishay Draloric, керамические SMD конденсаторы типоразмеров 0805 и 1206 Murata, электролитические SMD конденсаторы Panasonic FK, Sanyo OsCon SVP, электролитические выводные конденсаторы Panasonic FC и Vishay (серия 037), пленочные конденсаторы Vima FKP2 и Rifa PHE426. На плате ЦАП в аналоговом питании предусмотрена

LYN

X AU

DIO

возможность установки как SMD конденсаторов Panasonic FK, так и выводных диаметром 16 мм и расстоянием между выводами 7.5 мм.

В таблицах 1…4 приведено назначение выводов колодок XS1 – XS4:

Таблица 1. назначение выводов колодки XS1 «AD1853 CONFIG» № вывода Назначение

1 Сигнал CCLK последовательного порта AD1853 2 общий 3 Сигнал CDATA последовательного порта AD1853 4 общий 5 свободный 6 общий 7 Сигнал CLATCH последовательного порта AD1853 8 общий 9 Выход питания +5В (нагрузка до 50мА)

10 общий Таблица 2. назначение выводов колодки XS2 «HW CONTROL»

№ вывода Назначение 1 Выбор разрядности входных данных (лог. 0 = 16бит, лог.1 = 24 бит) 2 общий 3 Выбор режима ЦАП (лог. 0 = мастер, лог.1 = ведомый) 4 общий 5 Разрешение внешней конфигурации AD1853 (лог.1 = разрешена) 6 общий 7 Выбор формата входных данных (лог. 0 = RJ, лог.1 = I2S) 8 общий 9 Выбор количества входных синхроимпульсов (лог. 0 = 48, лог.1 = 64)

10 общий Состоянию "лог.1" соответствует отсутствие джампера между выводом с указанным в таблице

номером и оппозитного ему вывода в соседнем ряду, состоянию "лог.0" - установленный джампер Таблица 3. назначение выводов колодки XS3 «IIS SLAVE»

№ вывода Назначение 1 BCKI 2 DEEMPHASIS (лог. 0 – отключен) 3 SDI 4 общий 5 LRCKI 6 общий 7 MCLKI (вход 512 FS) 8 общий 9 Выход питания +5В (нагрузка до 50мА)

10 общий Таблица 4. назначение выводов колодки XS4 «IIS MASTER»

№ вывода Назначение 1 BCKI 2 общий 3 SDI 4 общий 5 LRCKI 6 общий 7 MCLKO (выход 384 FS) 8 общий 9 Выход питания +5В (нагрузка до 50мА)

10 общий Сигналы, подаваемые на входы устройства должны иметь ТТЛ совместимые уровни. Выходной

сигнал MCLKO выдается в ТТЛ уровнях. Ориентировочное максимальное потребление тока от источников питания следующее:

1. +9 VCNV 200…250 мА 2. +9 VDAC 25…30 мА 3. +12 VOSC 15…20 мА 4. +22VA 50…70 мА 5. -22VA 50…70 мА

Последние 2 источника первичного питания соединяются вместе и образуют в точке соединения «аналоговую» землю на самой плате ЦАП на «земляном» слое.

LYN

X AU

DIO

Спектры выходного сигнала для уровней 0 дБ, -3 дБ, -6 дБ, -20 дБ, -40 дБ, -60 дБ и -80 дБ (при 24 –

разрядных входных данных) снятые с помощью измерительного PCI АЦП с дополнительной калибровкой и программной компенсацией искажений АЦП, а также спектр интермодуляционных (суммарных и разностных) составляющих при преобразовании двухчастотного сигнала с основными частотами 19/20 кГц и пиковым уровнем -1 дБ приведены ниже:

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx D29 для уровня 0dB

Спектр выходного сигнала ЦАП Lynx D29 для уровня -3dB

LYN

X AU

DIO



LYN

X AU

DIO


Спектр суммарно-разностных составляющих для двухчастотного сигнала.

LYN

X AU

DIO

Авторский экземпляр ЦАП Lynx D29 обладает следующими техническими характеристиками (уровни искажений измерялись с помощью селективного микровольтметра): 1) номинальное выходное напряжение, соответствующее полной шкале преобразования, В (RMS) 2,12 2) относительный уровень шумов на выходе (при нулевом входном сигнале), дБ ниже -125 3) относительный уровень гармонических искажений и помех в полосе частот 48кГц для тестового отсчетно – коррелированного 24 - разрядного сигнала частотой 918.75гц полной шкалы, дБ ниже -116 4) относительный уровень интермодуляционных составляющих, дБ ниже -114 5) Уровень помех в полосе 100МГц на аналоговых выходах, дБ ниже -82 6) Динамический диапазон преобразования, дБ более 125 Особо следует отметить, что данное изделие обладает самым низким измеренным уровнем

искажений из всех ЦАП, для которых мне доводилось производить такие измерения. Субъективно звучание ЦАП Lynx D29 можно охарактеризовать, как спокойное, плавное, без

малейшего намёка на «визгливость» и «пластмассовость», свойственные большинству ДС ЦАП. Устройство отлично справляется как с воспроизведением камерной музыкой и малых составов, так и с масштабными произведениями, при этом не теряя способности точно воспроизводить послезвучия и паузы и сохраняя ритм и последовательность музыкальных событий. При прослушивании различных музыкальных произведений отмечена также исключительно хорошая передача статической и динамической глубины сцены. Кроме того, ЦАП отличается нейтральностью в отношении музыки различных жанров и направлений и великолепной передачей эмоциональной стороны музыкальных произведений.

В заключение мы хотим искренне поблагодарить за помощь и поддержку всех тех, кто прямо или

косвенно, физически или морально имеет отношение к созданию данного устройства: Андрея Попцова (г. С.- Петербург) и Александра Медведева (г. Казань), компании «Платан», «Вест-Эл», «Мега-Электроника», «Элкомаг», «Электроконнект», «Элтех».

Дмитрий Андроников (Lynx Audio)

Сергей Жуков (Lynx Audio)

М. Вишера - С.-Петербург, май - июль 2009 г.

Модуль ЦАП lynx d29€¦ · полезного сигнала, что негативно...

Documents