Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 1. pcm2704 + ad822

Собираем аудиоцап на pcm2704!

Когда теряешь что-то, к чему привык, очень трудно бороться с внутренним дискомфортом, вызванным отсутствием этого привычного окружения.
ЦАП мой погиб при испытаниях. И у меня не стало источника аудио сигнала.



Полный цикл статей Алексея Дудикова «Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя»,
который публиковался на Датагоре с марта 2011 по март 2019.
Часть 1. pcm2704 + ad822
Часть 2. PCM2704, AD822, AD812, OPA2604, PCM2906, OPA658, N75176
Часть 3. PCM1796, DIR9001, PCM2704, ADM485
Часть 4. Продвинутый ЦАП на DIR9001+PCM1796 v.2 или цифровой ламповый преамп
Часть 5. ADM485 + DIR9001 + TDA1541
Часть 6. Модернизация!
Часть 7. Стыкуем TDA1541 с лампами!
Часть 8. Обзор цифровых ресиверов DIR9001, WM8805, AK4113, PCM2707 (Обновлено)
Часть 9. WM8805, WM8740 — приручаем «волчат»
Часть 10. АК4113 от потомков самураев и WM8741 от британцев
Часть 11. Призрак «высокого конца»: PCM1704, AD1862, PCM63
Часть 12. PCM63, AD1862
Часть 13. PCM63P-K, о грейде чипов ЦАП
Часть 14. I2S и тюнинг ЦАПа
Часть 15. Модульный ЦАП с пересинхронизацией. PCM58, PCM63, PCM1701, AD1862, SRC4192, SM5842, SM5843, DF1706, ADUM1100
Часть 16. В погоне за низким THD
Часть 17. Универсальный ЦАП на три источника на базе пары PCM1794
Часть 18:1. Рулим ЦАП AK4399 с помощью Arduino
Часть 18:2. Рулим ЦАП АК4490 с помощью Arduino
Часть 18:3. Рулим ЦАП с помощью Arduino. Работаем с графическим TFT-дисплеем
Часть 19. ЦАП на AK4137EQ+AK4490EQ. Конверсия форматов на лету
Часть 20. ПЛИС в ЦАП. Quartus II + Altera USB Blaster
Часть 21, заключительная. АК4137+АК4490 на новой платформе. Итоги долгого пути Точнее выбор источников был, и даже довольно обширный. Например, встроенный АС97 Codec в рабочем компе, Realtek HD Audio в ноуте и даже Creative Live!. Кто там смеется?
Это ж тоже источники аудио сигнала! Даже лучше встроенного декодера в сотовом телефоне системы Nokia.
Знаю, и его послушал, отняв на время у сына.

Уж если 90 процентов «меломанов» слушают портативные гаджеты, то почему бы и нет? Уж Creative точно лучше! Только вот есть маленькое «но».
Когда попробовал что-то лучшее, не хочется возвращаться на хорошее, а тем более на посредственное. К сожалению, у меня была возможность сравнить их всех…
А поэтому наушники падали с головы, гигиенические пакеты давно закончились, небо стало серым и мрачным, листья осыпались даже на комнатных растениях.

Полистав прайсы нескольких фирм я понял, что продукт от M-audio мне не подойдет по избыточному функционалу, Creative и Asus с их топовыми моделями конечно были интересными, но вмешалось животное с болотистой местности, да и не хватало им мобильности и универсальности.
Зажрался, скажет кто-нибудь, - слушай тогда то, что есть, или купи нормальную железку, вроде CD-DVD плеера!
Да я бы рад, но…
Это «но» мне всегда мешало.

1. Купить нормальную «железку» можно, но того функционала и той гибкости, что дает мне компьютер, к которому я так привык, не будет ни у одной «железки». Так уж сложилось, что, потеряв свою фонотеку на кассетах, и с уходом этого носителя, стал собирать утраченное в мр3 (lossless тогда не было еще, а если и был, то скоростей для его скачивания не было и в помине), а то, что было в формате CD-audio, было малочисленным и не удобным для хранения и использования.

2. Мне нравится что-то сделать своими руками.

Отметив пышные похороны и допив очередной стакан водки кофе, утерев грязным рукавом скупую слезу, я решил – надо что-то делать!
Как минимум такое-же или лучше. Какие будут требования, я примерно знал. Усопший ЦАП подключался по шине USB, что достаточно удобно, и обладал неплохими ТТХ, в отличие от вышеперечисленных устройств воспроизведения звука, так как собран был на таком интересном чипе, как PCM2902 от фирмы Burr-Brown.
Значит надо сделать что-то не хуже, в соответствии с радиусом кривизны рук и наличием компонентов. Требования скромные конечно, но… И снова помешало «но».

На нашем колхозном рынке подобные запчасти не просто отсутствуют как класс, но об их существовании даже и не догадываются!
- PCM? А это что такое? Транзистор?
- Не, блин, мЫкросхЭма!
Примерно такой обычно происходит диалог.

То, что не подходит к телевизору или не пользуется спросом, к нам не возят. Можно конечно заказать, оплатить и подождать, я уже собирался это сделать, но тут счастливый случай помог мне затариться чипами от Burr-Brown.

Попытаюсь провести краткий экскурс в историю, чтобы было понятно, чем знаменита продукция упомянутой фирмы.

Компания Burr-Brown была основана в Тусоне, штат Аризона, США в 1956 году.
Основателями ее стали Пейдж Бюрр (Page Burr) и Томас Браун младший (Thomas R. Brown). От этих имен и была названа компания. Как и многие грамотные и успешные люди, не имеющие за душой папиных миллионов и финансовой поддержки в правительстве, Бюрр и Браун начали свои разработки в гараже Брауна.
Основной задачей на тот момент было коммерческое производство полупроводников.
В 1959 году компания получила первую прибыль.
Пейдж Бюрр не дождался этого счастливого момента, и покинул контору, а Томас Браун
простоял у руля корпорации 44 года.
Окрыленный успехом, он нанял более 1300 человек в разных концах света, со своим производственным и научным потенциалом и занялся разработкой и изготовлением различных полупроводников. Именно детищем этой фирмы стал первый коммерческий твердотельный операционный усилитель, а так же ряд других технологий, которые нашли широкое применение в медицине, управлении производством, связи, компьютерах и самое главное и интересное, для нас с вами, это в цифровой обработке аудио и видео.
Компанией Burr-Brown заинтересовался крупнейший производитель полупроводников в северном полушарии – компания Texas Instruments. Естественно, иметь такого конкурента у себя под боком было не очень приятно, и, как это делается везде в большом бизнесе, в ход пошли не совсем честные приемы. Texas Instruments постепенно перетягивал на свои производственные площади разработку и тестирование микросхем Burr-Brown, постепенно заменяя управляющих ключевыми подразделениями «своими» людьми, тем самым отправляя ветеранов Burr-Brown в отставку.
В результате в 2000 году фирма Burr-Brown была продана Texas Instruments за 7,6 миллиона американских долларов и стала их структурным подразделением.
30 августа 2000года в Тусоне, штат Аризона, на родине Burr-Brown, был установлен памятник.
Самое интересное, что менеджеры Texas Instruments не стали хоронить старый бренд и логотип, а добавили к нему название своей фирмы. И видимо не зря некоторые производители оборудования для профессионального звуковоспроизведения не брезгуют применять продукцию ВВ в своих изделиях.

Возможные неточности и скудность информации компенсированы моей литературной обработкой, но я думаю, что было где-то так или около этого.
Так что сильно тапкам не кидайтесь, я старался…

↑ Простой USB-ЦАП: PCM2704+AD822

Ковыряясь вилкой в тарелке сетевых форумов и конференций, я пытался выудить для себя максимум информации по USB Audio DAC, именно так, точнее почти так, обозначалось нужное мне устройство в даташите.
Самое широкое распространение в мире получила ИС PCM2702, за простоту схемы и надежность работы, при отличном качестве звука.
Но оказалось, что она снята с производства, а продолжением серии теперь является PCM2704/05 или PCM2706/07.
Отличаются эти микросхемы друг от друга корпусом (04/05 от 06/07) и расширенным функционалом (06/07).
Остальное у них одинаковое, особенно характеристики. Подробнее об этом можно прочесть в даташите.

Меня интересовал чип PCM2704, хоть что-то уже можно начать ваять! Задачу для себя поставил простую: использовать максимум возможностей микросхемы, но без кнопок управления – они мне без надобности – если нет визуального подтверждения их работы.
Прочитав в даташите, что микросхема может работать в разных режимах питания, решил сделать внешние стабилизаторы. Также «на борту» присутствует встроенный наушниковый усь, способный раскачать наушники от 32 Ом, что меня несколько озадачило, но, подумав, решил применить отдельный усь на операционнике.
Пропустив мимо ушей фразу продавца «она дорого стоит!», приобрел несколько штук AD822 в SMD (а других низковольтных и не было, разве AD812, но она была одна и в DIP-е). На себе нельзя экономить!

↑ Накидал схему ЦАП PCM2704

Ничего особенного, PCM2704 по стандартной схеме с внешним питанием, AD822 -точная копия схемы ушного уся из даташита.
От себя добавил ключ и светодиод на вывод suspend, который зажигается при инициализации устройства.

Питание у обоих микросхем раздельное, через интегральные стабилизаторы AMS1117-3.3 на 3,3В. Выход SPDIF сделал по принципу «пусть будет», и не прогадал в дальнейшем.
Развел плату и призадумался. Я ж отродясь не делал ПП под SSOP28 с его шагом между центрами выводов 0,65мм! Я даже дороги тоньше 1мм почти не применял! Да и не паял никогда такое! Но разве это может меня остановить? Просто надо основательно подготовиться.

↑ И я подготовился!

Паяльная станция не влезла в кадр, да и, как оказалась, не пригодилась она впоследствии.
А вот очки с 4х кратным увеличением оказались очень даже кстати. Советские еще, раритет! Просто жалко было выкинуть ждали своего часа!
Без них можно и не начинать паять SMD микросхемы, если нет сверхчеловеческих возможностей по зрению в виде аналогового Zoom-а на биологическом уровне. Я такой фичей не обладал…

↑ ЛУТ

Еще выяснилось, что с той бумагой, которая есть у меня, по технологии ЛУТ можно сделать дорожки не тоньше 0,3мм, а 0,4мм с шагом 0,65мм уже «сливаются». Разве это может стать препятствием для наших чувств? ©
Первый ком, как обычно, пошел блином Страшновато, но терпимо для первого раза.


Ну а пока едут ко мне мои PCM, проведу пробные погружения пайки.


Для пайки применял самое тонкое жало для паяльника и припой 0,5мм.


На плате видно устраненные дефекты толщины дорожек 0,4мм, впоследствии уменьшенных до 0,35мм.

↑ Пайка первой микросхемы

стала для меня сущим адом. Я боялся ее перегреть, убить статикой, пару раз перемкнул припоем ноги, но все-же я ее запаял! Конечно, припаять можно чего угодно к чему угодно, было бы желание, а вот каков результат?
Трясущейся рукой подсоединил USB-кабель к разъему…
Несколько секунд тишины и радостно зажигается светодиод готовности! Все мои старания были вознаграждены!
Ну а что у нас на выходе? Что-то даже играет. Ну что, понеслась душа в рай, ща я его замучаю! Заодно проверю в деле собранный на коленке гибрид на ЕСС83 + IRF640, надо ж когда то и эту технологию попробовать. И сравню его звучание с «чистой» лампой.

↑ Звук PCM2704

Звук порадовал. При всей простоте схемы ожидания полностью оправдались.
Удобно еще и тем, что плата полностью автономна, и можно напрямую подключить наушники, чего не было в старом девайсе. Пока слушал эту конструкцию, в наушниках стали раздаваться периодические щелчки, треск, а потом ЦАП вообще «отвалился» от системы.

↑ Ну все, наигрался!

– подумал я – помер чтоль?
Потрогав микросхему – удивился, она горячая!
Странно, только что все работало!
Одев мегаочки и включив яркий свет, начал разглядывать возможные ляпы и непропаи. Не найдя ничего, кроме остатков флюса под микросхемой, я решил для надежности ее еще раз промыть в изопропиловом спирте. Подержав ее несколько минут в банке и дав просохнуть, я включил цап снова.
Все прекрасно определилось и заиграло!

Очень странно – вновь подумал я – как не люблю я такие приколы!
Но ситуация повторилась через пару минут! Вновь в спирт – сушка – включение. Работаем 5-7 минут (пару песен) и все, полная несознанка!
Что весь навоз плывет к нашему берегу, я знал давно, но хоть в этот раз мог бы проплыть мимо? Я перебрал все варианты от неправильной разводки до дефекта платы, но ничего не подходило – все было в норме, но ЦАП не работал! Исключил все - оставался только флюс.

↑ Не все флюсы одинаково полезны! Гель-флюс ТТ

Вот он, этот тип гражданской наружности.

По утверждению производителя, флюс нейтральный, легко смываемый. Опять поверил написанному на заборе…
На самом деле, полистав ряд сообществ в сети, выяснил, что есть некая нестабильная работа SMD-чипов с малым шагом выводов, припаянных этим флюсом.
Да и смывается он не так легко, как ожидалось, особенно если «в стакане не вода». Флюс нормальный, но не для этого места.

Пришлось бросить все, поехать и купить Contact Cleaner – который, как оказалось, смывает все и сразу.
Промыл, классная вещь! Проблема ушла. Сразу и полностью. Окончательно и бесповоротно. Раз и навсегда. Чтобы в этом убедиться, оставил на ночь работающий цап – утром глянул,- работает, как ни в чем не бывало.

Значит, теперь буду осторожнее с выбором флюса.
А самое главное, теперь можно экспериментировать дальше!

↑ Файлы

🎁pcm2704_v1_spl7.7z  7.85 Kb ⇣ 519
🎁pcm2704_v1_lay.7z  19.54 Kb ⇣ 616

Продолжение следует!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации