Tentokrát jsem se pokusil postavit 24 bitový D/A převodník bez převzorkování. Jediný obvod, který tyto parametry v současné době splňuje je PCM1704 od Texas Instruments. Vypadá to ovšem, že jeho výroba pomalu končí. Je dost drahý a protože je pouze jednokanálový, jsou na desce dva kusy, každý pro jeden kanál. Mělo by to být to nejlepší, co lze postavit pro přehrávání 24 bitových nahrávek.
V napájecí části jsem použil dva můstkové usměrňovače. Stačil by jeden, ale chtěl jsem zachovat kompatibilitu s ostatními deskami, kde lze zapojit vinutí transformátoru pro kladnou větev také do S/PDIF dekodéru. Z důvodu malých tepelných ztrát jsem použil transformátor s výstupním napětím 2x 9V. Z důvodu nedostupnosti malých záporných stabilizátorů jsem použil klasické 78XX a 79XX. Díky malému odběru by měla stačit kapacita filtračních kondenzátorů C1 a C2. Není také potřeba vůbec chladič. Všechny stabilizátory jsou řádně zablokované kondenzátory 100nF a na výstupu filtrované kondenzátory C3 až C6. Kromě toho má ještě každý převodník a operační zesilovač u sebe na napájení další kondezátory dle doporučení z katalogového listu.
Převodník akceptuje data ve formátu 24 bitů zarovnaných doprava. Musel jsem tedy zapojit mezi datový vstup logiku. Tato logika počítá na vstupu s daty ve formátu I2S, které se nejdříve zpozdí pomocí posuvného registru o 7 bitů, aby došlo ke správnému zarovnání dat na 24 bitů. Data ve formátu I2S jsou zarovnaná doleva a zpožděná o jeden bit. Díky tomu lze bez jakékoliv změny nastavení přehrávat data v 16 bitovém i 24 bitovém formátu. Dále je potřeba zpozdit data pro levý kanál o 32 bitů pomocí čtyř 8 bitových posuvných registrů 74HCT164, aby docházelo k přehrávání obou kanálů zároveň a nebyl mezi nimi časový posun. Místo 5 obvodů 74HCT164 by šlo použít obvod Xilinx CPLD, jako je to například u převodníku devilsound DAC, ale s programováním obvodů Xilinx nemám zatím žádné zkušenosti.
Převodníky mají proudový výstup, který je potřeba pomocí I/V konvertoru převést na napěťový. Použil jsem doporučené zapojení s nízkošumovými Difet operačními zesilovači OPA627. Za nimi je zapojen filtr - dolnofrekvenční propust druhého řádu s dvojitým operačním zesilovačem s velmi nízkým zkreslením OPA2134 opět dle doporučeného katalogového zapojení. Za filtrem je výstup invertovaný, což pro přehrávání hudby nevadí, pokud je to současně na obou kanálech.
Pokud chceme převodník zapojit bez výstupního filtru, tak neosadíme operační zesilovač IC14 a kondenzátory C42 a C43. Rezistory R3 až R6 nahradíme nulovými rezistory. Nemusíme také osazovat R7, R8, C44, C45, C25 a C26. To ale není důležité, protože se v zapojení bez filtru stejně neuplatní.
Plošný spoj osazujeme od nejmenších součástek po největší. Začneme převodníky IC1 a IC2, které by se nám později špatně osazovaly. Dále osadíme všechny SMD kondenzátory a rezistory. Následně pokračujeme z horní strany integrovanými obvody IC7 až IC11 a dále paticemi pro IC12 až IC14. Potom můžeme osadit všechny elektrolytické kondenzátory. Pozor na jejich polaritu! Nakonec osadíme stabilizátory, usměrňovače a všechny konektory. Při pečlivé montáži by mělo zapojení fungovat na první zapnutí.
Horní strana
Spodní strana
Verze 0.9 s drátovými propojkami
Plošný spoj tentokrát vyšel docela složitý se 13 drátovými propojkami. Vzhledem k vysoké ceně součástek jsem usoudil, že cena plošného spoje bude v celkových nákladech zanedbatelná a rozhodl jsem se pro výrobu profesionální dvoustranné desky se zemními plochami po obou stranách a nepájivou maskou. Nicméně je také k dispozici jednostranný plošný spoj verze 0.9, který je jinak shodný s verzí 1.0. Spoje jsou stále velmi široké, takže při výrobě stačí i ta nejhorší třída přesnosti. Při návrhu jsem se snažil dbát důsledného oddělení analogové a digitální části, správného vedení země a napájecích vodičů pro minimalizaci rušení a interferencí. Podklady pro profesionální výrobu desek plošných spojů je možno vygenerovat z Eaglu. Přiloženy nejsou, protože každý výrobce má trochu jiné požadavky. Obvykle se vygeneruje horní a dolní strana spojů, okraje desky a horní a dolní maska ve formátu GERBER_RS274X a vrtání ve formátu EXCELLON. Plošný spoj jsem si nechal vyrobit jako prototyp u firmy MEV. Plošný spoj jsem po osazení umyl od tavidla Isopropylem.
Horní strana desky verze 1.0
formát PDF
formát Eagle5
Spodní strana desky verze 1.0
formát PDF
formát Eagle5
Deska verze 0.9
formát PDF
formát Eagle5
SMD kondenzátory a rezistory jsou o velikosti 1206, takže by neměl být velký problém je pájet. Převodníky a operační zesilovače jsou dost drahé a nejsou běžně dostupné. Koupil jsem je u firmy Farnell. Převodník existuje ve 3 kvalitativních variantách. Nejlepší je verze K, potom J a nakonec bez písmene. Operační zesilovač OPA627 je také ve dvou variantách. Ta přesnější je BP. Na jeho místě lze teoreticky použít levný NE5534. Nevím ovšem jak hodně se zhorší šum a dynamické parametry. Elektrolytické kondenzátory jsou nejlepší s nízkým sériovým odporem (low ESR). Ty jsem bohužel nesehnal, tak jsem použil alespoň na teplotu 105 stupňů celsia. Ostatní součástky jsou běžně dostupné. Použijeme síťový transformátor se dvěma sekundárními vinutími 9V, nejlépe toroidní, nebo s CI jádrem. Pozor na C1 a C2, které jsou pouze na 16V. S 12V trafem je na nich kolem 17V a hrozí jejich zničení.
| označení | hodnota a typ | počet |
|---|---|---|
| B1, B2 | Diodový můstek 1.5A/100V | 2ks |
| C1, C2 | 2200uF/16V low ESR elektrolyt RM5 | 2ks |
| C3-C8 | 100uF/16V low ESR elektrolyt RM2 | 6ks |
| C9-C12 | 47uF/16V low ESR elektrolyt RM2 | 4ks |
| C13-C26 | 4u7/50V low ESR elektrolyt RM2 | 14ks |
| C27-C41 | 100nF SMD1206 keramika | 15ks |
| C42, C43 | 2n2 SMD1206 keramika | 2ks |
| C44, C45 | 560pF SMD1206 keramika | 2ks |
| C46, C47 | 47pF SMD1206 keramika | 2ks |
| IC1, IC2 | PCM1704U-K(U-J, U) | 2ks |
| IC3 | 7808 | 1ks |
| IC4 | 7805 | 1ks |
| IC5 | 7908 | 1ks |
| IC6 | 7905 | 1ks |
| IC7-IC11 | 74HCT164(HC, ACT) DIL14 | 5ks |
| IC12, IC13 | OPA627BP(AP) | 2ks |
| IC14 | OPA2134PA | 1ks |
| J1 | Molex 3pin | 1ks |
| R1, R2 | 2k5 SMD1206 | 2ks |
| R3-R6 | 4k7 SMD1206 | 4ks |
| R7, R8 | 2k0 SMD1206 | 2ks |
| R9, R10 | 100R SMD1206 | 2ks |
| SV1 | Jumper lišta 6 pinů | 1ks |
| X1, X2 | Svorkovnice AK300/2 | 2ks |
| Patice IC12-IC14 | Precizní patice DIL8 | 3ks |
Tato konstrukce převodníku s obvody PCM1704 je zatím nejdražší ze všech mých konstrukcí, ale je také nejkvalitnější. Díval jsem se na výstupní průběh osciloskopem a neshledal jsem ani náznak rušení digitální části do analogové. Výsledný zvuk mi přijde o dost sušší, než v případě obvodu AD1865, což bude zřejmě použitím výstupního filtru. Výstup převodníku za I/V konvertorem před filtrem je naprosto perfektní a zatím nejlepší, co jsem viděl a slyšel z mých konstrukcí. Nic si nepřidává a ani tam nic nechybí. V katalogovém listě se píše, že obvod PCM1704 je použitelný pro frekvenci 96kHz s 8x převzorkováním. Já jsem převodník úspěšně vyzkoušel v režimu 24bit/192kHz. Podle jiného dokumentu TI je maximální vzorkovací frekvence 768kHz, což je zřejmě pravda. Na výstupu není kondenzátor. Naměřil jsem na jednom z výstupů offset 1.6mV a na druhém 1.9mV, což je podle mne OK. Převodník je možné kombinovat s oběma druhy S/PDIF dekodérů a také s USB zvukovkou s I2S výstupem. Bohužel je obvod nyní označen jako NRND, takže není doporučen do nových konstrukcí. Škoda, že na trhu vítězí cena nad kvalitou.
-
English
Česky