Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 15. Модульный ЦАП с пересинхронизацией. PCM58, PCM63, PCM1701, AD1862, SRC4192, SM5842, SM5843, DF1706, ADUM1100

На столе 74AC245, PCM58 ,PCM63, PCM1701, AD1862, SRC4192, SM5842, SM5843, DF1706, ADUM1100, 74AC574, АD844, АD811.
С момента начала изготовления своих «поделок» я иду вполне закономерным путём.
Самое простое, потом это простое дорабатывается, потом переделывается в более сложное.
Потом оказывается, что есть что-то более серьёзное и качественное.
И сразу хочется это «что-то» создать или повторить.
Естественное желание — чтобы знать, не по восторженным фразам, а лично убедиться, как оно: на вкус, цвет, слух.
Создаётся некое окружение, среда и принципы, с помощью которых я создаю своё новое устройство.
Это и компоновка, применяемые материалы, схемы и компоненты.
Все это дорабатывается, «допиливается», оттачивается и улучшается.
Но в какой-то момент понимаешь, что больше не видно и не слышно разницы между предыдущей и последующей «поделкой».
Что уже все, потолок, или некий плоский участок на графике, где по оси «Х» проходит время, а по оси «У» затраты + усилия + стоимость.
А ведь ещё столько неизведанных моментов.
Что можно сделать нового, при наличии компьютера как транспорта, и внешнего ЦАП, подключённого по SPDIF?
Вероятно, отказаться от SPDIF! Ведь, по сути, это одно из слабых звеньев в цепи передачи и декодирования цифровых данных.
Да, удобно, мобильно, просто в подключении.
Подключить коаксиальный кабель от входа ЦАП к плееру или к USB аудио интерфейсу, или просто к цифровому выходу компа.
Играет?
Поёт?
Пляшет?
Хорошо!
А сколько преобразований происходит при таком подключении?
Упаковать цифровой поток в один провод, передать без потерь и помех в ЦАП, распаковать и преобразовать этот поток в понятный для ЦАП формат I2S, не отпилив лишнего при этом и не добавив от себя. При отсутствии коррекции ошибок и буферизации. Да ещё и восстановить мастерклок корректно. А тут ещё и вездесущий джиттер под ногами путается!

Поэтому желательно «кормить» ЦАП цифрой более качественного вида, не прошедшей через такой долгий и трудный путь преобразований.
Для меня это долгое время было проблемой.
У меня нет CD плейера, комп намного удобнее, и это я не обсуждаю.
Лезть в комп в поисках I2S и привязывать к нему намертво ЦАП тоже не совсем правильное решение. Комп можно выкинуть, поменять, использовать несколько компов.
Неудобно. Да и слушаю я частенько 2-3 девайса параллельно, переключая их только селектором на предусилителе. Под настроение.

Сделаю небольшое отступление, чтобы пояснить, как я докатился до такого конструктива.
Я долгое время использовал SPDIF подключение.
Есть даже пара «хабов» на РСМ2707, внешний конвертер USB SPDIF Musiland Monitor USD01 с тремя выходами.
А вот из доступных источников мобильного I2S у меня долгое время был только чип РСМ2707, но алгоритм его работы мне не очень нравился, да и качество у него на уровне его цены.
Ещё один его минус — не работает параллельно SPDIF и I2S.
Позже я проводил ряд экспериментов с контроллером TAS1020 в составе устройства под названием Phantom I2S Interface.
Результат меня порадовал.
И даже сделал модуль с двумя и четырьмя портами I2S, работающих параллельно.
Подцепил пару конструкций.
Неплохо.
Но всё же максимально такой способ подключения задействован не был.
Хотелось сделать честный регистр пересинхронизации, и, о боже, тактирование эталонным клоком самого источника!
Это вообще заветная мечта.
Люди, делавшие подобные системы, и естественно их слушавшие, отзывались не только очень положительно, но и отказывались впоследствии от предыдущих своих систем без так называемого «реклока».
Но одно дело, когда у тебя CD плеер с возможностью внешнего такта, или, в крайнем случае, что-то наподобие «Via Tremor», прибитое намертво к компу.
У меня нет и не планируется ни того ни другого…

Полазив по профильным форумам, я наткнулся на упоминание интересного устройства — Edel USB to I2S/SPDIF interface.

Скачал даташит и понял — это ОНО!
То, что надо мне.
Правда, узнав цену, я несколько приуныл. Но потом, посчитав спускаемые ежемесячно в канализацию суммы, да подарки на многочисленные дни рождения, снял пыльный носок с ноги, наотмашь оглушил жабу, и пока она не очухалась, заказал-таки его!
Пока самолёт Швейцарской почты искал короткий путь до моего колхоза, я озадачился будущим конструктивом и функционалом.

↑ Итак, техзадание такое:

Планируется работа от двух и более разных источников.
Один чистый мастер, второй master/slave.
Две сетки частот, кратных 44,1кГц и 48кГц, соответственно 2 генератора на частоты 24,576000МГц и 22,579200МГц.
Переключение генераторов в режиме мастер от источника, в режиме «slave» — тумблером.
Полная гальваническая развязка цифровой части схемы для работы от потенциально неизвестного компа.

Примерно так.
Для начала нужно было переделать БП.
Отвязать гальванически обмотку питания цифры от всего остального.
По земле.

Ничего сложного.
Даже размер платы не поменялся.
Только немного изменил трассировку и перемотал транс с теми же данными, что и были, только отделил средние точки обмоток и убрал «косу» сверху трансформатора.

Дозаказав недостающие части, стал думать про компоновку и трассировку будущего устройства.
В качестве ЦАП решил применить давно лежавшие у меня две штуки PCM58.

↑ А какой применить ЦФ?

У меня же формат на выходе источников — I2S, а все мои ЦФ, кроме DF1706, хотят на входе формат RJ, да ещё и тактовая для них великовата.
Но если с тактовой нет проблем, делим триггером её на два и все, то с форматом посложнее.
Сдвиговый регистр конечно можно, но какой формат слова будет в сигнале я не был точно уверен, делать сдвиг на 16 или 24 бита с переключением как-то корявенько, поэтому единственным решением стало применить интересную микросхему SRC4192.
Понятно, что задача её более серьёзна, чем просто конвертер формата, поэтому задействовать её надо на полную мощность.
К тому же это добавит универсальности самому устройству, можно работать с форматом до 192кГц.
Ну, а ЦФ?
Интересно попробовать и SM5842, SM5843 и DF1706.
Хотелось бы менять их без замены платы, но слишком много придётся городить коммутации.
Может сделать их сменными модулями?
Сигналы то на входе и выходе одинаковы!

В общем, пока я маялся дурью, приехал мой будущий источник Edel USB to I2S/SPDIF interface.

Рекламировать не буду, все есть в описании. Просто рекомендую и все. Из того, что не указано в описании, но важно — работает параллельно I2S/SPDIF — можно подключить ВСЕ что есть, параллельно. Поддерживает свой ASIO.

Драйвер малоинформативный, да и не важно. Ну и разъем интерфейсный под узкий шлейф, могли бы и стандартный шаг 2,54 сделать, места много…
Но эти мелочи незаметны под массой достоинств.

В общем, запихал источник в отдельный корпус.

На заднем плане уже обкатанный в работе Phantom I2S Interface.
Опыт соединения источника и ЦАП по патчкорду уже есть, поэтому с интерфейсом заминок не возникло.

Первый блин вариант был комом оказался не совсем удачным, но заработал нормально.

Нет, все прекрасно, все работает! Как и рассчитывалось.

Но без ошибок не обошлось.
Я упустил момент, что при работе ЦАП в режиме «slave», нужно переключать генераторы вручную, чтоб частота была некратной текущей частоте семплов от источника.
Говорят, будут проблемы.
Заранее говорю, работает и с кратной и с некратной частотой.
Но свербит же подсознательно то, что оно «неправильно».
Да и при играх со сменными платками ЦФ возникла идея: а почему бы не сделать сменными и сам ЦАП и выхлоп за ним?

↑ Будет некий легко комбинируемый аппарат под разные варианты и сочетания!

Поэтому схема коммутации кварцев нуждается в доработке.
Всё-таки хочу в режиме ЦАП «slave» сделать асинхронную пересинхронизацию.
Детали позже, а пока схема окончательного варианта:

↑ ЦФ применены разные

Для DF1706 сделана возможность работы, минуя SRC4192, так как она единственная понимает формат I2S.
Сделано это путём смешения входных пинов ниже по плате, что исключает путаницу при установке разных плат ЦФ.
На SM5842 и SM5843 данные приходят после обработки SRC4192.

Также, так как сигнал MUTE у них инверсен относительно DF1706, на плате предусмотрен ключ на транзисторе.

На каждой плате установлен делитель мастерклока на два, с переключением джамперами, и само собой режимы ЦФ все выведены на джамперы, установлен отдельный стабилизатор питания.

Как оказалось в результате испытаний, кормить все ЦФ пришлось делённым мастерклоком, так что джамперы здесь можно не ставить.
Все узлы модуля также питаются от отдельных стабилизаторов, особенно в схеме регистра пересинхронизации — там вообще каждому узлу отдельно на блюдечке.

Так как на второй версии ЦАП РСМ58 не влезли на плату сменного модуля, то решено было сделать две версии плат — одну с несъёмными РСМ58, вторую со съёмными модулями ЦАП на PCM63, PCM1701, AD1862.

«Нужные» питания подключаются через отдельные штырьки.
Если какое-то питание не требуется, на плате модуля штырёк не разводится.


Самая «прожорливая» оказалась АД1862, ей прошлось отдать все четыре питания.

РСМ, в отличие от неё допускают соединения одноименных линий цифрового и аналогового питания, о чем прямо сказано в даташитах, так что тут попроще.

Версии выходных каскадовИ после долгого штудирования профильных форумов было решено попробовать разные версии выходных каскадов.
Гулять так гулять!
Естественно, первым идёт классический «даташит». Тут ничего нового, просто содрал со старой платы.
Добавил джампер отключения конденсатора в цепи ОС первого ОУ.
Чтоб можно было применить АD811, он не любит любого кондёра в цепи ОС.


Второй кандидат довольно интересен. Интересен он тем, что он не такой как все. Автором этой идеи является товарищ из Сербии Pedja Rogic.
Наши добрые аудиофилы ласково прозвали его Петя Рогов. Количество положительных отзывов об этом преобразователе никак не могло пройти мимо меня.
Я выбрал две версии его выхлопа. Первый на дискрете с буфером на полевиках.
К сожалению автора доработки не запомнил, просто стырил сохранил файл из одной из веток профильного форума.
Сорри, я не со зла…


Следующий — доработанный выхлоп от Nazar-a на АD844 и буфере АD811.
Причём, препятствием для изготовления как оригинального Рогова, так и вышеуказанного выхлопа, являлось отсутствие оригинального по своей конструкции ОУ АD844, примечательного только тем, что он имеет выход встроенного токового зеркала предварительного каскада (5 нога), откуда и снимается ток для преобразования его в напряжение на внешнем резисторе.

Я долго не мог его заказать по вменяемой, а не аудиофильской цене, но потом-таки нашёл.


Был изготовлен ещё и четвёртый вариант, на трансформаторах, что я когда то использовал вместе с РСМ63 в предыдущих конструкциях.
Чтоб получилось покомпактнее, я выкинул их из яйцеобразных экранов и запихал в самодельные текстолитовые.
Больше ничего особенного — транс и далее буфер на ОУ для повышения выходного напряжения.

После окончательной сборки всех модулей получилось два девайса.

Различия только в том, что в одном РСМ58 установлены стационарно, в другом модуль ЦАП может меняться.
Все остальное одинаковое, включая настройки уровней сигналов на платах I/U.

↑ Ну, а теперь можно потестировать всё это в разных режимах и сочетаниях

И рассказать о впечатлениях.
Во-первых впечатления от пересинхронизации. Да, господа, рекомендую. Даже в моей корявой реализации разница ощутима. Причём даже на замыленное ухо.
Ну, бывают дни, когда все они на одно лицо, а вот этот все равно выделяется!

Асинхронный реклок тоже не плох, но заметен не на всех композициях. На откровенно плохих записях его преимуществ мне не слышно.
Конечно, сравнение производилось не путём отключения, а сравнивая на ходу два ЦАПа, работающих от одного источника I2S.

Вообще, говорить о звуке мне всегда трудно, я не умею выражать эмоции так бурно, как обычно это происходит в профильных конференциях.
А может чего-то и не слышу, уже не мальчик все же.

Поэтому буду рассказывать, опираясь на свои ощущения от комфортности звучания в первую очередь.
Начать, я думаю, надо по порядку — от входа к выходу.



Трансформаторы слили сразу. Я в принципе на них и не возлагал надежд, делая I/U на них скорее для сравнения.
Чтобы их правильно готовить, моих кривых рук не достаточно.

Пусть полежат, может ещё и смогу дать им ума…

Классический «даташитный» выход не сильно выделялся чем либо. Хотя интересно было послушать в нем AD811 как каскад I/U.
Хороший результат с ней также при работе буфером.
Также хорошо проявили себя NE5534. Не думал, что «нетоповый» ОУ может звучать. А зря — он оказался неплох.


А вот «Рогов» меня удивил. Не то, чтобы я мог с закрытыми глазами в наушниках определить без рулетки расстояние и без компаса азимут до каждого музыканта или определить материал барабанных палочек, но некие интересные нюансы вылезли сразу и довольно заметно.
Причём, что интересно, далеко не на каждом альбоме или композиции.
А точнее на малой части альбомов. Вообще я заметил, что очень мало качественного материала даже в lossless формате.

Так вот, выражаются эти нюансы в более расширенной передаче мелких деталей на высоких частотах. Особенно на тарелках и шипящих звуках.
Сначала я думал, что это психоакустика, давление и температура воздуха, время дня или ночи, но потом отследил некую закономерность.
Именно пресловутый «Рогов», что в интегральном, что в дискретном исполнении.
Слышно, хоть и почти на грани моих слуховых способностей, но слышно. И общая картина становится более приятная, не утомляющая и не напрягающая. Поэтому что использовать и с чем — долго репу чесать не пришлось. В версию на РСМ58 прилепился, как родной, дискрет.

Думал, будет сильно гулять ноль на выходе (подстраивается переменниками). Но после прогрева через несколько часов и повторной незначительно подстройки больше не убегал.

В версию со сменными модулями ЦАП я впинал РСМ63 и интегральный выхлоп.

Тут с постоянкой проблем нет, около 3-5 мВ без коррекции, дальше прибор откровенно врёт. Но мне хватит.
Одна проблема.
В отличие от остальных, у РСМ63 выходной ток в два раза больше, что приводит к необходимости корректировки уровня сигнала на выходе.
И чтоб не крутить туда-сюда резисторы, это выхлоп приходится использовать только с РСМ63.
В общем то я и не планирую пока сильно лазить внутрь и менять модули, так что вариант вполне приемлемый.

А потом началось лето, отпуска, работа за двоих.
Так и лежали они на столах. Один дома, второй на работе. Иногда включались, менялись модулями, мешались под руками и ногами.
Как обычно встал выбор — делать корпуса для двоих, или допинать-таки их до разбора или дальнего ящика стола.
В общем стало их жалко. Доделал.

Как обычно ничего нового, кроме «деревянных» боковин — захотелось внести элемент разнообразия…

Сетка сверху — со строительного рынка. Есть разный размер ячейки, легко паяется. Надоело разыскивать коробки от БП, выкусывать сетки, резать под них окна.
К тому же, открыв как-то корпус одного из предыдущих ЦАП после часа работы на предмет замены ОУ, был удивлён температурой отдельных компонентов в замкнутом пространстве.
А здесь и внутрь можно ненавязчиво заглянуть и вентиляция — два в одном.

Сзади, от нечего делать, расписал назначение выводов разъёмов RJ45, чтоб не перепутать и не забыть. Лишним не будет, как мне кажется.

Первый товарищ на тестовом пьедестале. Дома. Это РСМ58. Работает как основной. Мастер.
С ним в паре слейвом работает дифф на 4х AD1862 по I2S и TDA1541+SM5813 по SPDIF.
Селектор на преде постоянно на РСМ58. Второй пока на работе.

Тут он работает чаще, возможные косяки и глюки можно выловить и исправить оперативно.

↑ Что можно сказать в заключении?

Вполне удачно. Для меня интересный опыт и сбывшаяся наконец давняя мечта о пересинхронизации.
Ну, а дальше я призадумался. Ведь более высокие горизонты потребуют уже других подходов.
Например изготовление многослойной платы, возможно ПЛИС, SMD…
А здесь уже больше инженеринг, так как ошибку в проектировании будет исправить не так просто.
Поэтому пока дальнейшее направление в этом вопросе для меня не определено.

↑ Файлы

Здесь, как всегда, платы и схемы.
🎁dac58-3TCXO.7z  341.24 Kb ⇣ 290
🎁 dac_reclock.zip  264.25 Kb ⇣ 413

С уважением, Алексей.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации