All Analog Devices Universal (NOS) DAC

Molibden · 2 Października 2007

Witam!

Przedstawiam projekt DACa opartego o uklady Analog Devices - dwa pojedyncze przetworniki AD1851 (16-biowe) lub AD1861 (18-biowe) i wzmacniacze operacyjne AD797 oraz OP275 lub OP285. Te ostatnie wybrałem ze względu na to, że są w obudowie DIP. Ale można wstawić na przejściówkach coś innego. Ze względu na dostępność do niedawna sampli zdecydowałem się na konstrukcję "All Analog". Ponieważ program sampli na Polskę zotał w międzyczasie mocno obcięty chciałem w tym miejscu podziękować koledze Mateuszowi_W za przekazanie "wolnych" układów i Nedj'owi za zamówienie kilku sampli.

Zamiast układów AD można użyć PCM56 lub PCM58, najlepiej z jakiejś lepszej selekcji (-J lub -K). Podobie ze wzmacniaczami operacyjnymi - OPA627, OPA2132/4/604. Zrezygnowałem na razie z układu regulacji DC offset i MSB przy tych DACach, pozwalającego ustawić mniejsze zniekształcenia. Może kiedyś je pomierzę i dostroję jak będzie na czym. Układy BB wymagają także podania napięcia -V (-5V) na nóżkę 8, co zosatało uproszczone w wykonaniu AD (Pin8 = NC).

Dodatkowo na płytce znajduje się opcjonalny Master Clock na bramkach. Można nim taktować układy w CD jeśli mamy tylko sam kwarc podpięty pod filtr oversampling. DAC może pracować z oversamplingiem do 16x lub bez niego. Zegar można zatrzymać zworką jeśli nie chcemy go wykorzystywać i nie ma on generować sygnału. Przydałby się też może trymer na wejściu bramki do dostrojenia kształtu generowanego przebiegu, który w tej wersji jeszcze nie jest uwzględniony.

Sygnał MCK może też taktować odbiornik S/PDIF w trybie Slave, np układ STA120, tylko musi to być częstotliwość 5.6448MHz (połowa cz. dla zegara w DACach z wejściem I2S). Wszytkie bramki NOT na schemacie to po prostu NANDy z układu 74HC00, ze zwartymi rezem wejściami, realizują więc funkcję logiczną NOT, jak na schemacie.

Układy AD797 ze względu na bardzo dużą szybkość, wybitnie małe zniekształcenia i szerokie pasmo pracują w stopniu konwersji I/V gdzie są najopdowiedniejsze. Mają lepsze parametry (wyższy slew rate) niż wbudowane Op-Ampy w DACa. Powinny też bez problemu poradzić sobie z dużym napięciem wyjściowym DACów. Jest to aż 6Vp-p (choć ich maksymalny prąd to tylko 2mA pp), co stanowi przewagę nad ukałdami Philipsa. Co prawda DAC jest w tym przypadku najwolniejszy (długi czas ustalania się napięcia na wyjściu), gdyż przy tym napięciu na wyjściu pracuje już w zasadzie napięciowo - można dać mniejszy niż standardowy wewnętrzny R konwersji (3k) który tu wykorzystuję, ale wtedy napięcie wyjściowe maleje proporcjonalnie (ze względu na opór wewnątrzny DACa), ale szybkość ustalania się napięcia jest większa. Nie jest to chyba tak istotne np. przy pracy jako Non-OS DAC lub z oversamplingiem x4 i nie powinno być też problemu z deglitchem. Ale w ten sposób uzyskujemy standardowe napięcie 2V RMS na wyjściu DACa bez konieczności jego w wzmacniania. Wewnętrzny wzmacniacz opracyjny jest więc odłączony a wejście (-) zwarte z jego wyjściem w celu uniknięcia pracy w stanie nieustalonym (PCB jeszcze tego nie uwzględnia. Jest to na schemacie w wersji 2 i trzeba taką zworę od spodu wykonać bez zwierania z masą). Sam DAC jest o tyle ciekawy, że może pracować zarówno prądowo - jest wtedy szybszy w ustalaniu prądu/mnapięcia na wyjściu, jak i napięciowo, z maksymalnym napięciem wyjściowym, o czym wspominałem.

Układ konwersji I/V ma ograniczone pasmo szeregowym dwójnikiem RC - tak jest chyba lepiej niż dawać sam kondensator stabilizujący w układzie Millera - żeby więc ograniczyć zniekształcenia związane z szybkością skuteczność tej stabilizacji opampa jest lekko przytłumiona szergowym rezystorem.

Filtr wyjściowy LPF jest klasyczny - drugiego rzędu, jednak z MFB, ale za to faza sygnału po dwukrotnej inwersji się zgadza, jeśli to ma dla kogoś istotne znaczenie. Sama fltracja jest dość łagodna. Filtr jest o charakterystyce Bessela, minimalnofazowy ze spadkiem -3dB przy 48kHz. Przesunięcie fazy dla 20kHz wynosi tylko kilkanaście stopni. Wartości elementów są dość dziwne gdyż przeliczałem je pod posiadane kondensatory styroflekoswe, stąd tak małe wartości oporników, nie powinno to być jednak problemem dla sterujących nim AD797. OP275/285 są na tyle niskoszumowe, że w tym miejscu i przy tak małych rezystorach nie powinny pogarszać właściwości szumowych układu. Przy mniejszych kondensatorach można użyć wartości jakie propnuje program Filterlab (MicroChip) dla tego typu filtru i częstotliwości. W tym porgramie symulowałem włąśnie charakterystykę filtru. Tłumienie wynosi około 20dB dla 200kHz.

Zasilanie można rozwiązać na kilka sposobów. Na początek użyję wspólnego stabilizowango zasilacza +/-12V z którego napięcie jest rozprowadzane do części analogowej przez rezytory blokujące oraz do shunt regulatorów na AN1431 (Panasonic). Można uzyć też innych, najlepiej z grupy A, tj. TL/LM431. Rezystory ustalające NFB dla diody Zenera mają jednakową wartość, wtedy mamy 2xUref(2.5V) czyli po 5V na każdym napięciu (także -5V) dla DACa i zegara. Po stronie cyfrowej do odsprzęgania można uzyć OS-CONów, a po stronie analogowej umiarkowanych wartości niskoimpendancyjnych kondensatorów (ELNA, Black Gate, Rubycon ZL, Panasonic FC itp.). Przy filtrze LPF powinny wystarczyć 10uF, w pozostałych miejscach 68uF, tylko na zegarze lepiej dać 180-330uF. Ponieważ w pierwszej wersji schematu, według której robiony był PCB nie ma miejsca na stabilizatory AN/TL/LM(1)431 z rezystorami ustalającymi na nich napięcie, należy te 3 elementy wlutować od strony druku np. przy kondensatorach blokujących napięcie zasilania w odpowiednich punktach układu albo wywiercić dodatkowe otwory na nie. Wartości obu Rnfb przy AN1431 powinny zawierać się w przedziale 3.3-51k {oba takie same}. Zamist diod D3-D6, przewidzianych w pojekcie zasilanym napięciem +/-6.5V trzeba wlutować zwory lub rezytory. Bypasów nie przewidziałem, jedynie od strony PCB mogą być potrzebne przy AD797 ceramiczne SMD 33-100n, także przy 74HC00 między Pin 14 a masę. Obecnie układz działa stabilnie bez nich. W częsci analogowej użyłem rezystorów DALE, tymczasowo jako stabilizatory są LM2940 i LM320H.

Czas ustalania się napięcia na wyjściu nie przekracza 1us dla 1LSB step i 1.5us dla 6V step i tylko 350ns dla obciążeń nie przekraczających 1k.

Pin 8 DACa może być podłączony do -5V bez szkody dla układu w celu zapewnienia kompatybilności z układami BB. AD1856 i AD18600mogą być także użyte w tym projekcie bez koniecznosći stosowania zmian (uwaga jak w przypadku BB).

Układ może współpracować bez przeróbek z wyjściami mającymi rozdzielone dane lewego i prawego kanału, wówczas trzeba ominąć inwerter sygnału LRCK (stosuje się wtedy sygnał WCKO) dla drugiego kanału oraz podać osobno sygnały (DOR i DOL) zamisat wspólego DATA (przeciąć ścieżkę). Ten sposób posób podłączenia jest przedstawiony na rysunkach 9-12 w datasheet do AD1851/61.

Układ może być zbudowany jako odrębny DAC po dodaniu modułu odbiornika SPDIF lub podaniu z CD potrzebnych sygnałów lub zastosowany jako upgrade do CDP gdzie można wydrębnić sygnały w standardzie SONY/ EIAJ. W przypadku DACów 18-bitowych trzeba go podłączyć za filtrem cyfrowym bo inaczej dwa najstarsze bity nie będą wykorzystane i nie ma korzyści z ich stosowania, a sygnał będzie miał poziom 12 dB mniejszy, tak jak i SNR.

Układ działa od razu bez uruchamiania.

Na kolejnym schemacie mój przykładowy projekt zasilacza.

Spis elementów:

===============

R1 100

R2 100

R3 100

R4 56

R5 100

R6 24-62

R7 24-62

R8 10

R9 10

R10 2.74k

R11 2.74k

R12 150/0.6W

R13 180

R14 1.8k

R15 1.8k

R16 1.6k

R17 1.6k

R18 1k

R19 1k

R20 150/0.6W

R21 180

R22 820k

R23 150 (130 + 10 + 10)

R24 100

R25 100

R26-R33 3.3-51k (wszytkie równe)

[5.1ohm zamiast D3, D4]

C1 47uF/63V ELNA Silmic

C2 47uF/63V ELNA Silmic

C3 47uF/63V ELNA Silmic

C4 47uF/63V ELNA Silmic

C5 10uF/25V ELNA Cerafine

C6 10uF/25V ELNA Cerafine

C7 220uF/25V ELNA RJH

C8 220uF/25V ELNA RJH

C9 68uF/63V Panasonic FC

C10 68uF/63V Panasonic FC (220uF/25V ELNA RJH)

C11 68uF/10V Sanyo OS-CON

C12 270uF/16V Sanyo OS-CON

C13 3.3nF/160V WINA FKC3 5%

C14 3.3nF/160V WINA FKC3 5%

C15 1270pF/160V Siemens KS 1%

C16 1270pF/160V Siemens KS 1%

C17 100pF/100V WIMA FKP-2 2.5%

C18 100pF/100V WIMA FKP-2 2.5%

C19 5pF*

C20 30pF*

* w zależności od kwarcu

D1, D2 1N4001

D3-D6 AN1431

X kwarc 16.9344MHz, 8.46MHz itp.

U1, U2 AD1851P-J, AD1861P-J, PCM56P-J, PCM58-J

U3, U4 AD797

U5 OP275

U6 74HC00

Podstawki precyzyjne

DIL8 - 3 szt.

DIL16 - 2szt.

DIL14 - 1szt.

Zwora 3-pin

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 )

Molibden · 2 Października 2007

PCB : rozmieszczenie elementów, widok z góry na PCB i elementy, otwory od str. druku.

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 )

Molibden · 2 Października 2007

PCB różne wersje (z zaznaczonymi otworami, bez).

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 )

Molibden · 2 Października 2007

Układ zmontowany i 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 )

Molibden · 2 Października 2007

Cechą użytych DACów jest 0V DC offset na wyjściu, stąd kondensatory sprzęgające są zbędne. Rekomendowane jest użycie jak najlepszych rezystorów konwersji I/V, w tym celu też należy przeciąć na druku ścieżki tużprzy pinie 10 DACów, co nie jest narysowane na rys. PCB (zaznaczone na schemacie).

saczek_XTRM · 2 Października 2007

super! napewno coś takiego skrobnę, choć rozważałem układ PCM56 z CXD1135Q bo razem tworzą wysoką półkę. Molibden, jak Ci to gra z tymi AD?

amazarak · 2 Października 2007

Gratulacje i dzięki za to że podzieliłeś się wynikami swojej pracy!

Robiłeś już jakieś pomiary / oscylogramy itp.?

Pozdrowienia

Molibden · 2 Października 2007

W zasilaniu mogą być osobne mostki dla cz. analogowej i cyfrowej, gdzie jest też osobna stabilizacja dla DACów i zegara. Można uzyć pojedynczych diod, np. Schottky BYV21-200., 1N5818/19 itp. Pomysł użycia regulowanych Zenerów 431 pojawił się we wstępnej fazie projektowania, ale nie przekonał mnie do końca.

Proponowane stabilizatory to low drop NS LM2940-CT5 i LM2940-CT12, jako wstępny może być dowolny, nawet 7808/09, byle dawał napięcie z odpowiednim zapasem. Mostki, diody, kondensatory - według własnego uznania. Transformator to może być np. TEZ6,0 lub TEZ10,0/D, 2x9-12V AC. Napięcie -5V dla DACa uzyskuję z -V dla cz. analogowej za pomocą stabiliatora LM320H. Do stabilizacji napięcia ujemnego, ze wzgl. na małą dostepność stabilizatorów tego typu, np LM2990 użyłem w/w z wyjściem na masie.

Nie mam pomiarów ani oscylogramów, bo nie mam dostępu takiego sprzętu. DAC gra dobrze, tzn. o ile to mogę stwierdzić nie ma żadnych złych zjawisk i zakóceń. Przy przejściu na tyb bez oversamplingu nie odczułem jakis związanych z tym konsekwencji. Może ktoś jest chętny przetestować go u siebie w CD w trybie NOS DAC? Moje głośniki i słuchawki są zbyt mało szczegółowe do porównywania detali. Gdyby ktoś chciał to może pominąć LPF, zostawić samą konwersję I/V która spełni rolę bufora wyjściowego. Na wyjście można podłączyć słuchawki.

Może temat zainteresuje budowniczych NOS DACów czymś innym niż TDA1543, bo wybór wielobitowych, nawet 16-bitowych układów jest nadal dość duży i będzie materiał do porównań.

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 )

Molibden · 2 Października 2007

Nie ten schemat, poprzedni to to samo co na początku, a tam są trochę mylące oznaczenia przy stablilizatorach.

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 )

Molibden · 3 Października 2007

Wymiary PCB to 103.6x65.2mm czyli rozmiar grafik w pix./5, co odpowiada chyba 150 DPI. Kwarc montowany na 3-pinowym kawałku podstawki DIL, pin środkowy jest na masie i kontaktuje z jego korpusem przez ten pocynowany styk.

Diody D3-D6 przy zasilaniu rozdzielonym napięciem, wyższym niż 6.5V (ver.1 schematu) nie występują, a zamiast nich w miejscu R23 i D3, D4 są teraz stabilizatory.