DAC 8 x PCM1702K, filtr SM5847AF

dziku2 · 30 Stycznia 2022

W zeszłym roku zakupiłem głośniki Triangle Esprit Antal EZ, które w jakimś stopniu obnażyły słabości DAC'a w moim odtwarzaczu sieciowym i CD Yamahy, czyli DSD1791. Nie twierdzę, że to jest zły DAC, gra naprawdę przyzwoicie. Natomiast zawsze podobało mi się brzmienie odtwarzaczy CD wyposażonych w dwie kości PCM1702, na przykład Denon DCD 685. Podążając tym tropem postanowiłem zaprojektować i zbudować DAC oparty o PCM1702, ale bardziej rozbudowany i o lepszej dynamice.

1. Odbiornik SPDIF - Texas Instruments DIR9001

Jako odbiornik sygnału SPDIF zastosowałem układ DIR9001, który zapewnia bardzo niski poziom drżenia sygnału (Jitter) w trybie 512 x fs, oczywiście pod warunkiem, że nasze źródło sygnału jest dobrej jakości. Wadą układu jest ograniczenie częstotliwości próbkowania do 108 kHz. Dwa wejścia są galwanicznie odizolowane za pomocą podwójnego transformatora w.cz. i automatycznie przełączane po pojawieniu się sygnału. Napięcia wejściowe są przetwarzane do poziomu TTL za pomocą transceivera ST3485E. Odbiornik jest sterowany magistralą I2C z pomocą MCP23017. Sygnał wyjściowy jest konwertowany z poziomu 3,3 V na 5V za pomocą 74ACT245.

2. Filtr cyfrowy - NPC SM5847AF

Filtr cyfrowy realizuje oversampling sygnału 8x lub 4x, rozdzielenie kanałów na lewy i prawy, ewentualną deemfazę, oraz dithering przy zamianie długości słowa 25 bit->20 bit. Zegar wyjściowy (bitclock) wynosi 160 x fs, czyli 7,056 Mhz dla sygnału 44,1 kHz (20 bit x 8 x 44,1 kHz). Dla sygnału 88,2 kHz i 96 kHz Atmega328 sterująca DAC'em obniża oversampling do 4x. Nie jest to konieczne ponieważ PCM1702 może pracować z częstotliwością 15,36 MHz (20 bit x 8 x 96 kHz), ale moim zdaniem niepotrzebne. Sygnał wyjściowy 96 (88,2) kHz będzie dobrze odfiltrowany przy oversamplingu 4x. Filtr konfigurowany jest za pomocą magistrali I2C z pomocą MCP23017.

3. Logika cyfrowa

To kilka układów serii HCT zapewniających odwrócenie fazy dla połowy przetworników i odpowiednie buforowanie sygnałów.

4. Przetworniki DAC 8 x PCM1702K

Zastosowałem 8 przetworników w celu znacznego polepszenia S/N oraz być może lekkiej poprawy THD. Przetworniki pracują po dwa równolegle połączone różnicowo. Prąd wyjściowy przetworników jest przetwarzany za pomocą bardzo szybkich wzmacniaczy operacyjnych OPA828. Następnie każda z czterech gałęzi jest filtrowana dolnoprzepustowo filtrem Butterwortha 3 rzędu o fp = 38 kHz. Filtr został precyzyjnie wyliczony, zastosowano kondensatory polipropylenowe WIFA. Przetwarzanie sygnału symetrycznego na niesymetryczny realizuje wzmacniacz różnicowy z układem OPA627. Na wyjściu układu nie zastosowano kondensatora do oddzielenia składowej stałej natomiast przewidziano możliwość regulacji offsetu. Ostatecznie okazało się to niepotrzebne, przy zastosowaniu OPA828 oraz OPA627 nie ma czego regulować.

5. Zasilacz to tak naprawdę 3 niezależne zasilacze: +5V, +/-5V oraz +/-15V. W zasilaczach symetrycznych zastosowano niskoszumne regulatory LT3081 oraz LT3091. Na płytce zasilacza znalazło się miejsce na moduł PRO MINI z Atmega 328 do sterowania DAC'em.

BRZMIENIE: Osiągnąłem efekt który mnie interesował, czyli wszystko najlepsze co miał do zaoferowania Burr Brown w czasach swojej świetności. Bas jest dynamiczny i zróżnicowany, wokale wyraźne, tony wysokie soczyste, ale nie męczące. Jeżeli ktoś byłby zainteresowany zbudowaniem podobnego urządzenia to posiadam 3 zestawy płytek (te niebieskie).

PS: Jeżeli zastosujemy AD797B na wyjściu to brzmienie jest wręcz kosmiczne (Queen - Bicycle Race, Alphaville - A Victory Of Love), ale zamęczy nas ilością detali po 20 minutach słuchania. Proszę nie śmiać się z aktualnego wyglądu DAC'a, szukam kogoś kto zrobi obudowę do niego.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

dziku2 · 31 Stycznia 2022

Schemat głównej płytki zawierający cztery DAC'i, pozostałe cztery znajdują się na płytce córce wpinanej do płytki głównej. Stąd można zbudować DAC tylko z czterema układami PCM1702 nie montując płytki córki.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą ) Edytowane 31 Stycznia 2022 przez dziku2

dziku2 · 31 Stycznia 2022

Płytka PCB

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

**Muzg** · 10 Lutego 2022

Miło popatrzeć na coś autorskiego, nieoklepanego. Gratuluję i wielki szacun!. 🙂

dziku2 · 11 Lutego 2022

Dzięki za miłe słowa. Chciałem zbudować coś co łączy nowe rozwiązania ze starymi. Mamy stare DAC'i typu R2R i bardzo nowoczesne wzmacniacze operacyjne OPA828, które pozwalają osiągnąć tym przetwornikom rzeczywistą rozdzielczość 20 bit. Układ jest zbalansowany i wszelkie sygnały wspólne są tłumione przez OPA627. Odnośnie starocia OPA627 to niestety nie znalazłem wzmacniacza operacyjnego nowego typu który ma tak poukładany dźwięk jak OPA627. Filtr SM5847AF to moim zdaniem najlepszy fabrycznie produkowany filtr cyfrowy. Zafalowania w paśmie przepustowym poniżej 0,00002 dB, tłumienie w paśmie zaporowym większe od 117 dB, wewnętrzna rozdzielczość 25 bit oraz dodatkowo przyzwoity "dithering" typu TPDF. Nie zastosowałem izolacji między częścią cyfrową i analogową, izolatory wprowadzają spory Jitter. W praktyce DAC szumi po przyłożeniu ucha do głośnika wysokotonowego przy odkręconej gałce wzmacniacza na maksimum, więc problem szumu nie jest istotny. Zastanawiałem się też czy dobrym pomysłem jest umieścić transformatory zasilacza w tej samej obudowie co DAC. Okazało się, że nie ma przydźwięku czy zakłóceń radiowych o poziomie większym niż szum wejściowy mojego oscyloskopu. Spodziewałem się tego ponieważ to nie jest wzmacniacz mikrofonowy czy gramofonowy, sto razy większe poziomy sygnałów.

dziku2 · 26 Lutego 2022

Wydaje mi się, że na ten moment definitywnie zakończyłem ten projekt. Wprowadziłem kilka zmian. Zmieniając wartość dwóch kondensatorów zamieniłem filtr wygładzający Butterwortha'a na Bessel'a. Jakimś cudem słyszę te mikrosekundy różnicy w opóźnieniu sygnału dla różnych częstotliwości, wiem to dziwne, ale widocznie ludzkie uszy są lepsze niż niejeden oscyloskop. AD797BRZ ostatecznie "zabił" dźwiękowo OPA627, zwłaszcza, że utemperowałem jego czasami ostre brzmienie dokładając bufor na wyjściu z AD825. Został ostatni zestaw płytek PCB, nie będę zamawiał kolejnych. Pozdrawiam