Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 8. Обзор цифровых ресиверов DIR9001, WM8805, AK4113, PCM2707 (Обновлено)

Чем больше времени тратишь на разработку, тем меньше на сборку и отладку.
Жизненное наблюдение.

На столе DIR9001, WM8805, AK4113, PCM2707!

Attention! Здесь приводится описание не совсем легкодоступных микросхем, таких как DIR9001, WM8805, AK4113 и немного РСМ2707, а также бред автора про принципы цифроаналогового преобразования.
Но может быть кому-то написанное здесь пригодится для практического применения. Все схемы выдраны из реально работающих и отлаженных устройств, описание которых появится немного позже.
А пока приступим… В какой-то момент я начал немного понимать женщин…
 — Ну нифига себе! – скажет читатель – мощное начало!
Отогнав тень гламура и пафоса, промелькнувшую было над нашим сугубо техническим порталом, поясню.
Вы видели женщину, которая попадает в огромный магазин одежды или украшений?
А если еще и с некоторой суммой денег?
Вот именно…
А мужики вынуждены скрипеть зубами и лезть на стены от непонимания того, что там можно так долго разглядывать, щупать и примерять!
Кажется вот оно – бери, нормально, красиво, недорого…
Мы то уж точно знаем, что нужно нам, зайдя в магазин автозапчастей или еще каких железок!

Я тоже так считал до того момента, пока не попал на ebay. Когда все процедуры регистрации прошли – я ощутил себя как раз в образе той самой женщины в огромном магазине.
Только не вылезал я оттуда неделю, пару раз забыв пообедать и про окончание рабочего дня.
Через некоторое время я стал обладателем кучи деталей, причем по ценам ниже наших магазинных.

Ну ладно, хватит восторгов, пора переходить к делу! Прежде чем начать, немного отвлечемся на теорию.
Будут рассмотрены примеры применения SPDIF ресиверов для внешних ЦАП-ов.
Представляю кандидатов: DIR9001 от Burr-Brown, WM8805 от Wolfson Microelectronics и AK4113 от Asahi Kasei Microelectronics.
Последний чип – моя давняя мечта, очень хотелось пощупать продукцию это фирмы.

↑ Для чего нужен ресивер?

Не буду лезть далеко в дебри, расскажу как говориться, «на пальцах». Для чего вообще он нужен, этот ресивер?
Что такое SPDIF – знают все, и описывать его не вижу смысла – материалы легко найти в сети.
Конструкция большинства внешних ЦАП-ов похожа, и самые простые варианты состоят из двух основных частей – ресивера (DIR
 — Digital Input Receiver), и непосредственно ЦАП (DAC- Digital to Analog Converter). Внешние тактовые генераторы, цифровые изоляторы и фильтры я пока не рассматриваю, сам до них не дошел еще, там пилотаж повыше нужен.
А вот классическую схему DIR+DAC вполне может осилить подготовленный любитель.

Сам по себе DAC, будь то Дельта-Сигма или какой другой, напрямую с этим самым SPDIF не работает, сигналы для него готовит DIR.
DIR же получает SPDIF сигнал РСМ от источника — CD-плеера или компьютера. Формат этого сигнала 8-16-24 бит/ 22-192кГц. Первое число разрядность данных, второе – частота, с которой эти данные выбраны при кодировании аналогового сигнала в цифровой поток, еще называемая частотой семплов или Sample Rate.

Обычный и самый распространенный 16 бит/44.1кГц. В таком формате кодированы 95% музыки и работают 99% всех цифровых аудиоустройств. DVD, АС3, DSD, SACD не рассматриваем – другой класс устройств.
Большинство DAC получают данные в формате шины I2S, а также Left-Justified или Right- Justified формате. Описание этих форматов тоже можно найти – там много и с картинками.

В упрощенном пересказе примерно так:
Обычно это три сигнала:
1. BCLK (Bit Serial Clock)  — тактовые импульсы, по срезам которых происходит распознавание нужных пакетов данных.
2. LRCK (Left/Right Clock)  — сигнал разделения левого и правого каналов – по нему ЦАП распознает, когда данные обрабатывать в левом, а когда в правом канале.
3. DATA  — поток данных левого и правого каналов – то, что потом волшебным образом радует наш слух.

Есть еще MCLK или Master Clock – основная тактовая частота, кратная частоте семплов. Этой частотой тактируется весь ЦАП, как процессор в компьютере. Для Дельты обязателен, для TDA1541 и ей подобных не нужен в принципе. MCLK бывает внешним (круто), и восстановленным из цифрового потока (так себе).

Так же некоторые ЦАП-ы могут работать как в режиме Master, так и в режиме Slave.
В режиме Master MCLK тактирована кварцем – шибко стабильным, и подается обратно на источник отдельным кабелем, тем самым задавая источнику свою тактовую частоту (круто).
В режиме Slave MCLK восстанавливается с помощью PLL из потока или от кварца в приемнике.(считается так себе, но тем не менее работает в подавляющем большинстве ЦАП-ов)
В общих чертах пока достаточно, дальше не полезем, по этим вопросам есть куча форумов в сети.

Кто-то спросит – почему нельзя сразу на микросхему ЦАП подать SPDIF и все? Куда милиция производитель смотрит?
Ответ прост.
Нормальный ЦАП как правило отдельное устройство, выполненное в отдельном корпусе, а бывает один корпус ЦАП-а на левый и один на правый канал.
К тому же, CD-плеера, автомагнитолы, компьютерные звуковухи декодируют РСМ поток напрямую, минуя преобразование в SPDIF, поэтому нужные сигналы вырабатывают процессоры этих устройств.
Можно конечно выдернуть из источника весь I2S, многие звуковые карты позволяют подобное, но далеко его не утянешь, помехи и прочие неприятности сделают его нечитабельным на стороне обработки, к тому же коаксиал или оптика удобнее витой пары. Да и устройство получается мобильным и гибким в использовании.

Но вернемся к ресиверам.

↑ Итак, первый – DIR9001

24 бит 96 кгц ресивер.
Схема применения с индикацией режимов работы и частоты семплов входного сигнала.

Jp1–2 задают формат данных на выходе.
Jp3-4 установка соотношений частот BCLK LRCK и MCLK.
Позволяют настроить параметры выходных сигналов для отправки в ЦАП.
Jp5 – выбор источника опорной частоты.
Эта фишка нужна при отсутствии сигнала на входе, когда встроенный PLL не в захвате.
28 нога переключает источник частот BCLK LRCK и MCLK.
При захвате PLL – эти частоты восстанавливаются из входного сигнала, при отсутствии захвата выходы BCLK LRCK и MCLK «перебрасываются» на встроенный генератор 24,576 MHZ, сигнал DATA отсутствует, поэтому ЦАП «молчит».

↑ Второй – WM8805

Поддерживает 24 бит 192кГц.

Их два товарища у WolfSon-а – 8804 и 8805.
Отличия – количество входов 1 или 8. Полноценный трансивер, но нам это не надо. Два режима работы Software и Hardware. Я не программист, поэтому интересен только Hardware Mode.
В этом режиме только 1 вход, зато не нужен конвертер TTL для входного сигнала.
Чутье по входу – от 500 мВ.

Вообще в Hardware Mode настройки скудноваты, но для большинства ЦАПов их достаточно.
Jp1 – формат выходных данных.
На самом деле джамперов там можно навешать больше, в реальности достаточно одного этого джампера.
Кварц фиксирован для Hardware Mode на 12,000MHz, для желающих попрограммировать возможности на порядок шире и по частотам кварца и по индикации режимов.

↑ И третий – АК4113

Поддерживает 24 бит 192кГц.

Вокруг продукции этой фирмы я уже год хожу, как кот вокруг банки со сметаной. Но когда-то мечты сбываются. Из всех ресиверов, с какими довелось столкнуться, этот сделан людьми и для людей.
Так же на сайте Asahi Kasei Microelectronics, помимо даташитов, есть еще и примеры применения.
Режимы работы – Serial и Parallel. Последний как раз и есть Hardware. В этом режиме входов 2 при 6 имеющихся.

Возможности конфигурации показаны на схеме в таблицах. Режимы, отмеченные звездочками, используются на данный момент. Хотя jp5-jp6 можно играть до посинения – звук везде разный, как мне показалось.
Зачем тут 2 выхода Master Clock я не понял, но при переключении с 26 на 25ю ногу при остальных неизменных настройках звук становится более глухим на ВЧ.
Оставил более высокую частоту.



Ну и напоследок USB–SPDIF/I2S конвертер, а также попутно еще и DAC

↑ РСМ2706/2707

Является продолжением линейки РСМ2704/2705, но с более расширенным функционалом. Поддерживает 16 бит 48кГц.

В этой схеме DAC не задействован, поэтому даже не запитан.
Нас интересует ресивер.
Работает он в двух режимах SPDIF/I2S, переключаемых «на лету» переключателем S1.
Жаль, что одновременно нет возможности получить и то и другое, но и данный функционал достаточно удобен.
"Узковат" поддерживаемый формат, но, как я писал выше – для подавляющего большинства фонограмм этого достаточно.
На базе РСМ2707 планирую изготовить SPDIF разветвитель на 3-4 коаксиальных выхода и 1-2 оптических – что-то устал передергивать коаксиал туда-сюда с разными ЦАП-ами.
А что повесить на I2S – пока не придумал, но как-то задействовать его хочется, при этом запитать все это от USB.
Есть несколько идей – если реализую – расскажу в следующих сериях.

↑ Анонс

В следующих статьях рассмотрим применение этих ресиверов с некоторыми известными и не очень ЦАП-ами – WM8740, AD1853, AK4396, РСМ1794…

Весь материал – вытяжка из даташитов и результаты практического применения. Исправления и дополнения приветствуются.

↑ Файлы

Схемы здесь: 🎁 recieversds.rar  39.56 Kb ⇣ 391

С уважением, Алексей.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации