Как сделать usb цап

Обновлено: 21.11.2024

Поскольку [Ян-Эрик] уже построил простой цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с подключением через USB, он решил сделать его более совершенную версию.

Прототип, который вы видите на картинке выше, основан на:

PCM2707C от Texas Instruments, который обеспечивает связь через USB и выводит аудиоданные I2S.
PCM1794A, 24-битный ЦАП с соотношением сигнал-шум 132 дБ и частотой 192 кГц, принимающий протокол I2S.
OPA4134, высококачественный операционный усилитель звука

Встроенные напряжения +3,3 В и -5 В генерируются безиндукторными блоками питания. Как [Ян-Эрик] упоминает в своей статье, слово «высококачественный» было заключено в одинарные кавычки, потому что печатная плата односторонняя и использует пассивные компоненты с отверстиями. Плата была спроектирована с помощью Kicad, вытравлена им самим и помещена в механически обработанный корпус. Все производственные файлы можно загрузить с его веб-сайта, чтобы вы могли изготовить их в течение дня.

62 мысли на тему "Создание высококлассного USB-ЦАП для аудио"

Это исследование xiph ошибочно. Не учитывает должным образом несколько факторов природы звука. Дело не столько в том, как они выполняют свои математические операции, сколько в том, что наука еще не объяснила совершенное понимание звука и слуха (это наука, поэтому она движется к меньшим степеням несовершенства, но никогда не может быть совершенным). понимания как такового) и как люди расшифровывают звук, который они слышат. Подразумевать, что они знают все, что им нужно знать, — высокомерно, и тем не менее именно с этой позиции они пишут. Конечно, спорить с ними бессмысленно, потому что «они знают», но ведь то же самое касается и многих аудиофилов.

Все это говорит о том, что некоторые люди могут услышать разницу, а некоторые нет. А еще есть те из нас, кто слышит разницу, но не может позволить себе необходимое оборудование, чтобы иметь возможность наслаждаться ею на регулярной основе… Подобные проекты вселяют в меня надежду, что индустрия высококачественного аудио по-прежнему доступна для тех из нас, кто нравится возиться и строить. :-)

Ваш комментарий был бы более убедительным, если бы вы действительно сказали то, что, по вашему мнению, они упустили, а не просто повторяли, что статьи Xiph неверны. Что бы это ни стоило, Bell Labs провела очень обширные и тщательные исследования человеческого слуха в первой половине прошлого века, а человеческий слух не эволюционировал всего за 80 лет. Статья Xiph частично основана на этих исследованиях, а частично — на хорошо зарекомендовавшей себя математике обработки сигналов.

Что касается того, что "некоторые люди могут услышать разницу, а некоторые нет", то это люди, которым может быть странно трудно услышать разницу, когда тесты становятся двойными слепыми.

Основное возражение против аргумента сайта заключается в том, что он предлагает неполное представление о том, как работает цифровая выборка. Это еще не все из-за ошибок дискретизации, возникающих ниже частоты Найквиста, которые ограничивают фактический частотный диапазон без искажений приблизительно до 16–17 кГц для аудио компакт-диска 44,1 кГц.

Проще говоря, когда вы семплируете сигнал, который близок, но ниже предела Найквиста для вашей частоты дискретизации, вы получаете частоту биений в вашем сэмпле в результате интерференции между дискретизированным сигналом и частотой дискретизации. Амплитуда ударов уменьшается по мере удаления от предела и становится практически незаметной примерно в 0,7–0,8 раза от частоты Найквиста.

Существуют некоторые алгоритмы, которые компенсируют эту ошибку биений фазовыми ошибками, если у вас есть исходный семпл с более высокой частотой дискретизации, чтобы можно было узнать об ошибке. нет универсального способа полностью избавиться от этих ошибок, и нет алгоритма реконструкции, который мог бы взять результат и вернуть исходный сигнал, потому что он не может знать, должны ли быть биения или нет.

В связи с этим, чтобы избавиться от всех возможных ошибок, на самом деле вам нужно отфильтровать звук намного ниже 20 кГц, поэтому, если вы хотите получить по-настоящему качественную запись до 20 кГц, вам понадобится частота дискретизации не менее 58 кГц, чтобы убедиться, что вы не получите эти ошибки в диапазоне высоких частот. Однако гораздо больше было бы бессмысленно.

Вопреки тому, что подразумевает ваша аргументация, сообщение в блоге Xiph фактически признает полезность использования 24 бит / 192 кГц при записи / микшировании звука! Сообщение в блоге специально нацелено на использование 24 бит / 192 кГц в *воспроизведении звука*! Показанный здесь USB-бокс предназначен для воспроизведения, а не для записи.
Есть ли аргументы в пользу использования 24 бит/192 кГц для воспроизведения?

Если ЦАП — это просто АЦП в обратном направлении, любые проблемы на входе также относятся и на выходе.

Проще говоря, если вы понизите дискретизацию 192 ITB до 44,1, вы воссоздадите проблемы с квантованием, которые были у вас при записи на 44,1. Подумай об этом.Вам нужно 2 семпла, чтобы сделать «синусоиду» 20 кГц на частоте 44,1 кГц, один для повышения и один для понижения (на самом деле это больше похоже на пилу, но в цифровой копии нет возможных гармоник). Это означает, что вы можете фактически разместить два цикла тона 20 кГц в одном и том же пространстве одного тона 10 кГц в одной из двух фаз: синхронно и на полпериода позади, что означает, что стереозвук выше 10 кГц может быть только полностью не в фазе или полностью в фазе, нет. между ними, и что-либо более точное не может быть выражено из-за ограничений частоты дискретизации. Это все еще проблема вплоть до примерно 4k с точки зрения восприятия разницы тренированным ухом.

Вот почему более высокие частоты дискретизации лучше подходят для воспроизведения. Не из-за более высокой частоты звука, а из-за гораздо более точного изображения.

Кстати, Gen0 совершенно неверен. Сэмплированный звук выше 10 кГц может быть полностью не в фазе, или полностью в фазе, или что-то среднее между ними. Фаза не квантуется.

Похоже, вы глубоко увлечены Audiophool Woo.

Хотя их аргументация "24/192 не имеет значения" ошибочна, я согласен с их выводом о том, что это не имеет смысла для распространения среди конечных пользователей. Более высокая глубина и частота дискретизации полезны из-за проблем с выравниванием, фазой, уровнем шума и перерегулированием.

Хорошая статья! Просто, функционально, схемы и все такое. Люблю это.

У кого-нибудь есть представление об общей стоимости этого?

Стоимость чипов, например, от Farnell близка к 40 евро. Затем добавьте пассивы, разъемы и корпус, но я бы сказал, что намного меньше 100e.

Не в жестяной банке Altoids?

Со слов его веб-сайта: "Я был удивлен улучшением качества звука по сравнению со звуком материнской платы".

Мне нравится проект, сборка и тот факт, что он поделился всеми файлами. Сказав это, я задаюсь вопросом о заметной разнице в качестве звука. Конечно, я не слышал два выхода одновременно, но у меня есть здоровая доза скептицизма в отношении большинства вещей, связанных со звуком, например, люди, утверждающие, что слышат разницу в кабелях за 2 доллара и в золоте за 500 долларов, пропитанном азотом, спаянным вручную эльфами, кровью дракона. пропитанные суперкабели.

Еще раз отличная сборка.

Зависит от качества вашего встроенного звука, я думаю, подключите пару чувствительных наушников к выходу, на каждой плате, которую я когда-либо использовал, вы можете четко слышать шипение фонового шума, а если вам не повезло, вы можете услышать шум меняется по мере того, как GPU рендерит кадры, если он у вас есть. Этот шум может исчезнуть, когда вы слушаете музыку, но это потому, что люди довольно хорошо выделяют сигналы из шума, и он все еще там. Я переключился на готовый ЦАП (Fiio E17, потому что хотел spdif и USB), и шипение исчезло, хотя вы можете добавить его снова, увеличив усиление на каскаде усилителя для наушников, и этим все сказано. Что касается других вещей, таких как усиление басов или изменение звука, я не могу ничего комментировать, но соотношение сигнал/шум — очевидная причина для приобретения внешних ЦАП.

Это шипение присутствует и на оптическом выходе звуковой карты материнской платы?

Оптический выход является цифровым, поэтому, если с аппаратным или программным обеспечением не произойдет серьезных сбоев, он будет передавать правильную последовательность битов. Затем аппаратное обеспечение на другом конце должно прочитать эти биты и преобразовать их в звук без шипения.

Полагаю, это единственный верный способ избавиться от помех или, по крайней мере, единственный по сути бесшумный способ. В USB есть много высокочастотных вспышек, по иронии судьбы это сбалансированный сигнал, когда аудиосхемы не сбалансированы.

Но если вы хотите избавиться от помех, я бы сказал, что лучше всего использовать оптический кабель. В коробку ЦАП, как эта, с питанием от батареек. Должен быть достаточно экономичным, чтобы работать от батарей или использовать перезаряжаемые аккумуляторы. Тогда электрические шумы начинаются только с выхода ЦАП.

SPDIF избавляет от шипения, но, судя по моему опыту, у него есть свои проблемы. Это все субъективно и совершенно не проверено, но я *думаю* я слышал разницу между выходами spdif (оптический от ноутбука, ноутбук к монитору и оптический). Предположительно, есть некоторые различия, потому что оба конца канала SPDIF должны иметь оборудование для точной синхронизации, а не все.

От высокочастотных помех очень легко избавиться, просто используя фильтр нижних частот 20k.

Глупо сравнивать разъемы для наушников (выход на активный динамик) с цифровым подключением (только цифровой звук).

если только вы не можете пассивно подключить наушники к свету… в чем я сомневаюсь. Вы подаете этот цифровой аудиосигнал на цифро-аналоговый, который, как вы понимаете… на усилитель! или Звуковая карта для всех практических аспектов, которые мы здесь сравниваем! поэтому, когда вы используете ссылку TOS, вы в значительной степени игнорируете всю дешевую электронику в бюджетной реализации вашей материнской платы AC’97.

Чтобы услышать разницу, большую роль играет исходный материал, который вы слушаете.Если вы слушаете iTunes, WMA или MP3, разница между встроенной звуковой картой и внешней высококачественной звуковой картой будет незначительной (в основном просто шипение, как [Max Siegieda] описал выше). Если вы слушаете звуковой файл с высоким разрешением или несжатый фильм, разница станет большой. Внутренняя звуковая карта будет округлять уровень битов, разделять сэмплы, включать шум и т. д., это будет звучать размыто и приглушенно. Внешняя звуковая карта, otoh, будет звучать четко, чисто и чисто, с быстрой динамикой и высокой контрастностью.

Ваше устройство вывода (динамики, наушники и т. д.) также будет иметь значение, но только пропорционально чистоте остальной части сигнальной цепочки.

Вопрос в том, что вы слушаете и насколько это вас волнует. Один размер, конечно, не подходит всем, и некоторые люди не услышат разницы, и в этом никогда не возникнет необходимости. Другие люди услышат огромную разницу и откажутся соглашаться на меньшее, как только услышат эту разницу. Звук совсем не простой и YMMV!

Я слушаю только 128-килобитные mp3: эти новые форматы с высоким битрейтом не вызывают чувства и любви.

А если серьезно, просто подключив дешевую звуковую USB-карту за 4 доллара к моему USB-концентратору с внешним питанием, а не к компьютеру, я улучшил качество звука.

128-битный MP3 / Действительно . , я думаю, если вы довольны тем, кто заботится

Следует признать, что мир «высококачественных аудиофилов» заслужил репутацию человека, которого легко обмануть змеиным маслом/чрезмерно восторженными субъективными отзывами.

С другой стороны, аудиовыходы материнской платы занимают первое место в моем списке отстойных и дерьмовых аудиовыходов, поэтому улучшить их легко и вероятно.

Эх, я могу в это поверить.

В корпусе вашего ПК много электрических помех. Сигма-дельта ЦАП не имеют сильного подавления напряжения питания, и вам в любом случае нужен усилитель после ЦАП (так что всегда есть какие-то аналоговые компоненты, которые восприимчивы к шуму, если вы не правильно спроектируете). Большинство людей не выбирают материнскую плату на основе качества звука, который она производит, поэтому у производителей материнских плат не так уж много стимулов для разработки действительно хорошей звуковой подсистемы, и, ну… в результате получается материнская плата с посредственным качеством звука и фоновым шумом. зависит от загрузки CPU/GPU.

Тем не менее, я был бы удивлен, если бы он смог увидеть большую разницу между своей самодельной установкой (кстати, довольно крутой) и, скажем, внутренней или внешней звуковой картой за 50 долларов с настоящей инженерией.

Присоединяясь к тому, что сказали другие, у меня есть ноутбук, который издает слышимый шум на своем порту аудиовыхода при использовании определенного порта USB. Качество звука меньше всего волнует производителей материнских плат, когда им нужно стремиться к сигналам в гигагерцовом диапазоне.

В конце концов практически любой USB-аудио-ЦАП будет лучше, чем на материнской плате, гораздо проще изолировать шум, когда рядом с аудио-ЦАП проходит только одна цифровая шина. Кроме того, учитывая, что его единственной целью является аудио, его трудно облажать, если только это не какой-то неизвестный производитель.

Да, я мог бы добавить, что эта сложная версия, возможно, не очень много дает по сравнению с простым ЦАП PCM270x. Но по сравнению с обычным звуковым чипом материнской платы я теперь предпочитаю.

Я бы с удовольствием построил его сам, хотя бы для того, чтобы посмотреть, как он проверяет истинный битрейт, шум, thd и т. д. К сожалению, мне также придется взять в руки измерительное устройство, и сотрудники Audio Precision не то чтобы раздают их бесплатно.

Как бы то ни было, создание собственного ЦАП — это то, о чем я время от времени думал в течение нескольких лет, и чтение этой статьи вселяет в меня уверенность, что я действительно могу это сделать (после того, как я расчищу джунгли с вершины своего верстака). Потрясающая статья/функция! Спасибо, БЫЛО!

Я слышал, что, к сожалению, когда я искал ЦАПы, единственное, что я нашел в спешке, это приятель, который в то время собирал микшер SPDIF и измеритель громкости с FPGA, поэтому я немного испугался, забыл все чипы для обработки существуют как готовые изделия. Думаю, пришло время еще раз взглянуть на микшер с несколькими входами и несколькими выходами.

Использование нестабилизированного выхода импульсного источника питания для ЦАП и операционных усилителей тоже не кажется слишком высокотехнологичным.

Некоторые проекты никогда не предназначены для завершения. После того, как вас укусила проблема со звуком, вы всегда ищете новые аспекты проекта, чтобы добавить их в свой список исправлений/улучшений…

Если вам интересно, групповой проект Millet MiniMax (я, возможно, исказил название) позволил бортовому блоку питания добиться смехотворно низкого уровня шума… я думаю, было бы несложно воплотить те же идеи здесь.

Всему свое время… А пока нужно послушать!

Нет ничего плохого в жестком нерегулируемом источнике питания для операционных усилителей, они отлично справляются с колебаниями напряжения питания.

Он выглядит достаточно отфильтрованным, вам не нужны огромные фильтры и регуляторы повсюду, когда ваши нагрузки невелики, а мощность вашего источника достаточно хорошая.

Разводка печатной платы могла бы использовать лучшую схему заземления, здесь нет звезды и нет никакого разделения между цифровым заземлением и аналоговым.

При этом спасибо за то, что вы спроектировали и построили это, и если это соответствует их потребностям, значит, это успешно, еще один шаг в процессе обучения!

Я хотел бы сделать что-то подобное в интегрированном усилителе для своего офиса, я уверен, что когда-нибудь до этого доберусь.

Да, есть недостатки в схеме и дизайне платы. Это как бы лишает смысла использование сверхвысоких компонентов в первую очередь, таких как операционный усилитель за 6 долларов, тогда как 40-центовый NE5534 определенно не был бы «узким местом» в первую очередь. То же самое с избыточным ЦАП за 8 долларов.

Это гораздо больше, чем просто выбор интегральных схем. Например, размещение деталей, маршрутизация сигналов, заземление (цифровая заземляющая пластина, разделение аналоговых/цифровых заземлений с заземлением звезды для аналоговой секции, цифровые сигналы по земле и т. д.), лучшее размещение всех развязывающих колпачков (также с использованием заземляющей пластины), потому что слишком длинные (помимо необходимости лучшего регулирования мощности) и выбор значений на основе частот шума (возможно, даже добавление катушек индуктивности и/или феррита), отдельные силовые плоскости, переход к частям SMT, которые меньше, чтобы можно было более плотно расположить их там, где это необходимо , а затем, конечно же, управление электромагнитными помехами, гармониками, емкостной связью, правильной фильтрацией и т. д. во всей конструкции. Там просто тонны больше, это ЕДИНСТВЕННО царапает поверхность! Если вы не собираетесь использовать эталонный дизайн, вы должны знать, что вы делаете так же хорошо, как и инженеры, которые его создали.

Я уверен, что это было весело, опыт обучения, звук лучше, чем дешевый на борту, но отношение сигнал-шум 132 дБ здесь — несбыточная мечта, оно определенно не достигает 100 дБ. Значительно улучшенная конструкция с гораздо более дешевыми деталями дала бы НАМНОГО улучшенный результат, но это требует МНОГО тяжелой работы и знаний. К сожалению, лишние 20 долл. США на высококачественные детали не исправят ситуацию.

Я думаю, вам будет трудно найти людей, которые могут услышать разницу между 100 дБ и 132 дБ SNR. Конечно, в дизайне есть место для улучшения, но тогда вам нужно задаться вопросом, насколько улучшение будет иметь слышимое значение. Здесь он тоже не продает какой-то дурацкий дизайн за 10000 долларов. Дешевые микросхемы ЦАП часто могут быть серьезным узким местом, особенно при выполнении операций «все в одном» на типичной материнской плате.

> Я думаю, вам будет трудно найти людей, которые могут услышать разницу между 100 дБ и 132 дБ SNR
Если вы не только не приближаетесь к производительности дорогих чипов, вы можете получить денег), а то, что такой разницы даже не слышно во-первых, то это еще более бессмысленно.

> Дешевые микросхемы ЦАП часто могут быть серьезным узким местом, особенно при выполнении операций «все в одном» на типичной материнской плате.
Нет! Типичные ЦАП на материнских платах могут иметь SNR > 100 дБ. Например, дешевый Realtek ALC889 на моей материнской плате 2007 года имеет SNR 108 дБ, а более новый ALC898 — 110 дБ. Проблема, которая делает их отстойными, заключается в дизайне вокруг чипа, а не в самом чипе — точно так же, как этот дизайн DIY. Во всяком случае, он должен был понимать, что дизайн вокруг чипа имеет ключевое значение.

Улучшайте дизайн до тех пор, пока чипы не станут узким местом, ЗАТЕМ используйте чипы высокого класса, чтобы улучшить его, если это необходимо. Использование чипов высокого класса в плохом дизайне все равно дает плохие результаты (это просто увеличивает цену спецификации, не более того). Ярким примером этого являются материнские платы.

Классная штука! Любые сюжеты производительности? Мне интересно посмотреть на влияние зарядного насоса.

Эй! В этом уроке я расскажу вам, как сделать свой собственный USB ЦАП с усилителем внутри!

Не ожидайте слишком многого от качества звука...

ПРИМЕЧАНИЕ. Прослушивание на высокой громкости в течение длительного времени может привести к повреждению слуха.

Я делаю этот ЦАП для прослушивания музыки Loud Bass :D

Для какого усилителя ЦАП? если вы спросите меня, я отвечу так:

Обычно ЦАП с усилителем используется для наушников с высоким импедансом, а также для записи и прослушивания аудио с высоким качеством и высоким битрейтом (поправьте меня, если я ошибаюсь, plz..)

Это поддерживает Linux, Android (почему бы и нет?), Windows (абсолютно) и, возможно, MAC (прочитайте совместимость звуковой карты USB)

Лень читать мои инструкции? все в порядке, я сделал видео для вас!

Но сначала кое-что, что вам понадобится на схеме!

Шаг 1. Сначала схема

Вот схема, которую я сделал в программе ExpressSCH!

1 дешевая или дорогая звуковая карта USB
1 разъем RCA
2 аудиоразъема 3,5 мм или 6,5 мм (да, чувак с разъемом)
1 регулятор громкости
1x переключатель ON OFF (кнопка отключения звука не является обязательной)
1x XL6009 Модуль повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный (допускается версия 2A)
2 разъема Micro USB
Некоторые заголовки выводов (или вместо них можно использовать коннектор, но я бы хотел использовать заголовки выводов)
Недостаточно толстые кабели
2 конденсатора по 100 нФ
2 резистора 2k7
2 резистора 1к2
1x потенциометр 50K или 100K (я использую 50K)
2 конденсатора по 100 мкФ
2 конденсатора по 470 мкФ

возможно, я что-то не указал, так что просто прочитайте схему, чтобы убедиться, что они уже перечислены здесь :)

Шаг 2. Кое-что, что вы должны знать..

Я только что принес 2 звуковые карты в разные даты, но в одном и том же магазине

Когда я заглядываю внутрь, то вижу совсем другое, поэтому я просто тестирую их оба и получаю разное качество звука

на звуковой карте №1 (с кристаллом и более сложной конструкцией платы)

Плюсы
Звук звучит хорошо, ничего не меняя на плате
Минусы
Шум в микрофоне чертовски громкий и раздражающий

Звуковая карта номер 2 (без кристалла на ней и более простой конструкции платы, а также, я думаю, это более старая версия)

Плюсы
-Звук кажется, ммм, хорошо, но менее басовитым или как вы его называете (но его можно изменить, удалив 2 конденсатора перед разъемом для наушников, чтобы вы могли чувствовать басы)
Минусы
-Шум? все еще шумно, но не слишком громко, как звуковая карта 1
-когда вы удаляете конденсаторы и используете гарнитуру или наушники, микросхема нагревается, а иногда отключается сама по себе, и микросхема взрывается, если вы ее используете. слишком громко и для длительного использования с наушниками или гарнитурой, но не с усилителем :)

Шаг 3. Чего вы ждете? Просто сделайте это сейчас!

Я пытаюсь сделать как можно меньше, но думаю, что сейчас это невозможно.

Шаг 4. Обоснуйте это!

Я использую для этого многофункциональную коробку, так что.. выглядит не очень хорошо, но эй.. это самодельная работа, братан! :D

Шаг 5: Готовый продукт (?)

Вау, это только что закончилось.. для тестирования я рекомендую вам уменьшить громкость до 20% на вашем ПК или вашем гаджете! или вы можете быть шокированы, потому что громкость слишком велика

Примечание. На стороне Windows, когда я устанавливаю громкость на 20%, для меня это слишком громко, поэтому будьте осторожны с этим.

На сегодняшнем проекте все! Спасибо, что прочитали мои инструкции, и до встречи в моем следующем проекте!

Та же история, что и в моем предыдущем посте — в основном мне нужен ЦАП для моего AKG K702. Однако, чем больше я смотрел на коммерчески доступные продукты, известные как «аудиофильские», тем больше я чувствовал запах змеиного масла. Так что еще до того, как я заказал свой CEntrance DACPort Slim, я уже думал, как изобрести велосипед. Я неизбежно натолкнулся на разработки NwAvGuy Objective₂ и ODAC и понял, что они состоят буквально из тех же строительных блоков, которые я изучил (и был опрошен и сдал экзамен) при прохождении моего курса «Введение в аналоговую электронику». Прохладный. Пора приступать к работе!

Примечание: я никогда не считал себя «аудиофилом». Я играю на нескольких инструментах и однажды погрузился в создание музыки. Хотя я терпеть не могу «дерьмовое снаряжение», я не думаю, что более модное и дорогое снаряжение имеет какое-то значение, когда оно пересекает черту «достаточно хорошего».

Рекомендация: добиться хороших объективных результатов в рамках разумного бюджета.

Мне нужен цифровой вход и выход для наушников — и все. Я не хочу, чтобы между ними было какое-либо аналоговое аудиосоединение. Одним из преимуществ является то, что при полном контроле над всеми компонентами конвейера у меня появляется больше степеней свободы при выборе дизайна.

Благодаря простому вводу/выводу основная цепочка сигналов (высокого уровня) проста:

Хотя конечный продукт в идеале должен быть автономным устройством с питанием от USB, я решил разбить систему на модули, которые я могу индивидуально проектировать, тестировать и дорабатывать:

Усилитель для наушников. Аналоговое затухание (регулировка громкости) и HPF относятся к этому модулю, если они включены.

Электропитание. Вход - питание по шине USB.Выход представляет собой аналоговые шины питания, в том числе:

Шины аналогового питания ЦАП
Аналоговые двойные шины питания
Выходные двойные направляющие питания

В оставшейся части этого поста рассказывается о разработке и реализации модуля DAC + Filter.

Найти правильный набор деталей — одна из самых важных частей хорошего дизайна. Для меня, поскольку это одноразовая конструкция, похожая на прототип, мне нужно, чтобы все детали можно было легко получить от DigiKey/Mouser, и желательно в SMD-корпусах, которые можно припаивать вручную (читай: шаг ≥ 0,5 мм) без использования горячей пайки. воздух (читай: без QFN/BGA/и т. д.). Правило «без QFN» сложнее, поскольку более современные микросхемы сильноточных усилителей, как правило, доступны только в микросхемах с термопрокладкой.

В качестве основы я провел некоторую (явно предвзятую) домашнюю работу по последним «аудиофильским» продуктам (в основном тем, которые появляются в электронных письмах Massdrop) и вот что я нашел:

< /tr> < td>NJM2115 < td>AK4490< td>Grace m9xx

Pwr	USB	DAC	OpAmp	Выход
M-Audio FTP	±5	TUSB3200	AK4380	NJM3414
DACPort Slim	±8	XMOS U8	OPA1662	TPA6120A2
Стрекоза	TAS1020B
TEAC AI-101DA	PCM1796
ODAC/O2	SA9023	PCM5102A	NJM2068	NJM4556
SB E5	(настраиваемый)	CS4398	TPA6120A2
Topping D20	PCM2704C	PCM1793	OPA2134< /td>
musicbook:15	XMOS U8	WM8742
AK4490
JDS The Element	±15	SA9023	PCM5102A	LME49600
SSL Idol	VT1620A	VT1620A	MAX97220
XMOS U8	AK4490
Xduoo XD05	XMOS U8	AK4490	BUF634
(SRC) CS8422

Популярные лагеря: TI/BB ( PCMxxxx ), Asahi Kasei ( AK4490 ), Cirrus ( CS4398 ).

Не по теме: Мой лучший друг работает для Cirrus на аудио IC 😉

Разрядность, частота дискретизации, формат

24 бит / 96 кГц достаточно для воспроизведения, и я собираюсь использовать именно его (через какое-то преобразование частоты дискретизации), поэтому 32 бит и fs > 192 кГц не считаются преимуществом. По той же причине меня не волнует поддержка DDS.

Однако есть одно предостережение: должна поддерживаться передискретизация, что означает частоту обновления выходного сигнала ≥ 500 кГц (не считая сигма-дельта-модуляции). Это снижает требования к конструкции реконструирующего фильтра.

Сквозная интеграция

Благодаря росту популярности очень тонких смартфонов производители чипов интегрируют самые разные функции в некоторые из своих новых предложений:

линейные драйверы и/или драйверы наушников
насосы заряда отрицательного напряжения (для прямой связи с выходом постоянного тока)
основной тактовый генератор и/или PLL
встроенный USB-интерфейс

Однако за удобство приходится платить — обычно это аналоговая производительность. Кроме того, они оставляют мало места для дизайна. Поэтому я стараюсь избегать чипов со сквозной интеграцией, возможно, за исключением цифровых удобных функций.

Выходной сигнал

Поскольку частота дискретизации аудио ЦАП относительно низкая ( PCM5102A , я сначала просмотрел каталог TI / BB. В конце концов я выбрал PCM1794A : 24 бит / 192 кГц, дифференциальный токовый выход. Хотя это дорого ( $13,83 за штуку от Digikey), показатели THD+N и SNR выглядят потрясающе. Его близкий родственник PCM1793 имеет интегрированные I/V, но чуть менее впечатляющие показатели аналоговой производительности.

AK4490 остается привлекательной альтернативой из-за своей популярности.

РЕДАКТИРОВАТЬ: PCM1794A имеет менее дорогую сменную деталь PCM1798, совместимую с контактами.

Операционный усилитель

Я выбрал OPA1612 , универсальный двойной аудиооперационный усилитель. Подобно ЦАП, это дорого, но цифры трудно превзойти. Хотя это, вероятно, излишне, я надеюсь, что операционный усилитель «достаточно идеален» и, следовательно, не станет узким местом общей аналоговой производительности системы.

РЕДАКТИРОВАТЬ: OPA1612 имеет менее дорогую заменяемую деталь, OPA1662 . Интересно, что OPA161x предлагает одиночные и двойные пакеты, а OPA166x предлагает двойные и четырехместные пакеты.

Вывод

Изначально я хотел использовать OPA1622, но он доступен только в пакете DFN. А пока я собираюсь просто заклеить изолентой выходные каскады POT-HPF O2 (NJM4556, 2x параллельно) и на этом закончить.

Подключить цифровую сторону PCM1794A очень просто — просто следуйте инструкциям в таблице. Все параметры управляются контактами, поэтому для отладки я поместил 4-контактный DIP-переключатель.

С аналоговой стороной проблем больше. На каждый канал приходится два вывода тока: IOUT- и IOUT+. Они связаны с входным словом следующим образом:

< /tr>

Ток [мА]	-2 24	0	2 24 – 1
IOUT-	2.3	6.2	10.1
IOUT+	10.1	6.2	2.3

В основном они выдают 6,2 ± 3,9 мА. В то время как в техническом описании перед всеми этими числами отмечены отрицательные знаки, фактическое направление тока течет вне ЦАП — другими словами, ЦАП является источником тока. Сначала это меня обмануло, и моя первая версия провалилась.

Как упоминалось ранее, этот дифференциальный выходной ток необходимо сначала преобразовать в сигнал напряжения…

Преобразование I/V

(Игнорируйте фотодиод — любой источник тока будет таким же). Ток на входе, напряжение на выходе. V = -I*R. Очень просто… Так почему бы просто не использовать чувствительный резистор, как то, что вы сделали бы с токовой петлей 4-20 мА? Краткий ответ: решение на основе операционного усилителя обеспечивает постоянную виртуальную землю 0 В для источника тока, в то время как падение напряжения на чувствительном резисторе (который является выходным сигналом напряжения) видно источнику тока, что плохо.

Однако есть проблема: поскольку ток на выходе ЦАП составляет [2,3, 10,1] мА, выходное напряжение будет [-10,1*R, -2,3*R] мВ, что полностью отрицательно. Теперь нам нужен отрицательный источник питания для операционного усилителя. Что ж, в любом случае нам нужен один для окончательного биполярного выхода на наушники с привязкой к земле, но, поскольку операционный усилитель подключен как к положительному, так и к отрицательному источникам питания, мы, по сути, тратим впустую больше половины колебания его выходного напряжения!

Хотя вполне возможно «вычесть» синфазный ток 6,2 мА с помощью стока постоянного тока, я решил не заморачиваться с этим в своих первых прототипах. Возможно, я снова возьмусь за эту идею, как только заработаю всю систему.

Обработка аналоговых сигналов

Я должен признать, что пространство для дизайна здесь огромно. Тот факт, что этот каскад находится в середине сигнальной цепи, не помогает, поскольку он должен соответствовать как аналоговому выходу восходящего ЦАП, так и выходному драйверу наушников. Я понял, что проще рассуждать со стороны выхода, поскольку драйвер наушников, скорее всего, ожидает несимметричный сигнал с ограниченной полосой пропускания и большим размахом напряжения. Поэтому мы должны как минимум иметь:

адекватная прибыль
реконструкционный фильтр нижних частот
дифференциальное преобразование в несимметричное

Почти каждый каскад операционного усилителя может иметь некоторый коэффициент усиления. На самом деле мы уже это делаем — выходная амплитуда каскада I/V может регулироваться номиналом резистора обратной связи.

Основной вопрос дизайна — LPF. Его полоса пропускания должна быть достаточно плоской: ±0,1 дБ от постоянного тока до 22 кГц кажется достаточно хорошим. Полоса задерживания немного сложнее. ЦАП имеет 8-кратную передискретизацию со встроенным цифровым фильтром (который вы можете отключить и вместо этого предоставить свои собственные данные с 8-кратным повышением рейтинга). В зависимости от конфигурации контактов у вас будет примерно -100 дБ или -20 дБ при 0,6 * f_s, где f_s — это входная частота дискретизации. (т.е. выходная частота дискретизации составляет 8*f_s). Даже если мы выберем опцию -20, мы можем сделать так, чтобы первое изображение при f_stop = (8 – 0,6 = 7,4)*f_s было ослаблено при -40 дБ на ФНЧ. Используйте f_s = 96 кГц, и мы получим f_stop = 710 кГц. Подключите их к конструктору аналоговых фильтров, и мы увидим, что для работы нам нужен фильтр Баттерворта как минимум 2-го порядка.

Далее мы приступаем к реализации фильтра. Поскольку нам также необходимо выполнить дифференциальное преобразование в несимметричное, мы можем воспользоваться популярным подходом, объединив его с топологией инвертирующего фильтра, что в данном случае означает конструкцию с множественной обратной связью (MFB):

Примечание: это та же схема, что и в моем предыдущем посте. На самом деле мой DACPort прибыл через несколько месяцев после того, как я протестировал эту схему!

Секция I/V может быть снабжена дополнительным реальным полюсом (резистивно-емкостным каскадом), подключив конденсатор параллельно резистору усиления (который в любом случае должен быть там для стабильности операционного усилителя). Это делает фильтр 3-го порядка, который имеет еще более резкий спад. Звучит здорово! (каламбур не предназначен)

Разве я уже не говорил, что это просто?

Не понял, как экспортировать данные курсора для графиков, но график Боде предполагает, что фильтр соответствует спецификациям (с использованием идеальных компонентов): полоса пропускания -0,1 дБ при 22 кГц, полоса задерживания -40 дБ при 700 кГц.

Я использую OSHPark для прототипирования печатных плат. Я решил использовать их 4-слойный стек FR-408 просто для непрерывного слоя земли. Оказалось, что аналоговые сигналы легко помещаются на верхнем слое, поэтому я разместил слой питания на отрицательной шине, а нижний слой — на положительной шине.

Это закончилось в версии 3.0, где мне удалось упаковать весь модуль DAC-Filter в прямоугольник 2000 x 800 mil^2, в комплекте с распределенными танталовыми колпачками с объемной развязкой 10 мкФ, но без разъемов ввода-вывода. Верхний слой (который содержит все пэды и дорожки сигналов) теперь выглядит так:

ПРИМЕЧАНИЕ. Лицензия на изображение печатной платы: CC by-nc-sa

индиго: дифференциальный звук
зеленый: одностороннее аудио.
красный: все остальные сети

Вернулся PCB v1.0 и я спаял 2 копии: одну с фильтром и одну без. Я решил провести простой тест без стресса: заставить его генерировать синусоиду.

Примечание: безводные — это PITA. Если температура железа слишком высока, припой быстро окисляется и чернеет наконечник; если слишком мало, припой не будет просто течь, несмотря на большое количество флюса, которое я выдавил на плату. Тем не менее мне как-то удалось добиться успеха с первой попытки…

Источник I 2 S

Я пытался использовать свой BeagleBone Black для создания I 2 S, но настройка дерева устройств и драйверов для получения того, что мне нужно, было настолько утомительным, что я в конце концов сдался. Вместо этого я быстро написал простую программу для запуска на моей плате обнаружения STM32F4, которая пропускает синусоидальный сигнал частотой 480 Гц через I 2 S (целое число, кратное f_s = 48 кГц, так что я могу просто зациклить константная таблица). Так как основной тактовый сигнал может достигать 256*f_s = 12,288 МГц, что намного выше, чем то, на котором я обычно использую SPI, я решил, что мне нужно хотя бы использовать осциллограф для проверки входа основного тактового сигнала. вывод на ЦАП:

Хотя симметрия оставляет желать лучшего, звон кажется приемлемым. Поскольку это часы, полученные от встроенной PLL STM32F4, я не возлагаю больших надежд на джиттер или точность. После проверки последовательных данных с помощью моего логического анализатора я решил, что на данный момент этого достаточно.

Результат

Сначала я проверил выход I/V каскада.

Да, он выдает синусоидальную волну с отрицательным смещением постоянного тока. Вы можете задаться вопросом, почему это так шумно. На самом деле шпоры, которые вы видите на осциллограмме, в основном не являются шумом. Если вы увеличите масштаб одного периода:

Хм. Что это за «пиксельный» вид? Продолжайте увеличивать…

Здесь вы можете увидеть отдельные «шаги», создаваемые ЦАП, которые сами по себе модулируются сигма-дельта. Ну, именно поэтому нам нужен фильтр! Хотя изначально я выбрал гораздо более высокую частоту среза, вы все равно можете видеть, что форма выходного сигнала фильтра намного чище и без «ступенек»:

Модуль DAC + Filter работает! Как и ожидалось, он воспроизводит достаточно чистый аудиосигнал линейного уровня.

Следующим модулем в списке является усилитель мощности, который позволяет нам подключать настоящие наушники. Объедините их с мостом USB-I 2 S, и мы получим минимальную рабочую систему от USB до выхода на наушники. Подробнее об этом в следующем посте.

Хотите улучшить качество звука и увеличить громкость своего ноутбука/iPhone/MP3-плеера? Вот курс повышения квалификации о том, как добиться этого, просто добавив в систему USB-ЦАП (или цифро-аналоговый преобразователь).

Нам доступен пугающий ассортимент аудиопродуктов. Будь то наушники, смартфоны, колонки или даже потоковые сервисы, все они обещают вам невероятный звук.Но есть бесспорный способ упростить существующую настройку — лучше. Добавляя DAC.

Для тех из вас, кто плохо знаком с этой концепцией, вы должны точно понять, что стоит за этой резко звучащей аббревиатурой, прежде чем поверить нам на слово, поэтому читайте дальше…

Так что же такое ЦАП?

ЦАП, или цифро-аналоговый преобразователь, – это устройство, которое преобразует цифровую информацию, хранящуюся на ноутбуке, iPod или другом подобном устройстве, в аналоговый звук, который мы слышим.

Зачем вообще нужно преобразовывать сигнал?

Оригинальный аналоговый звук, созданный нашими любимыми группами и артистами, воссоздается в цифровом формате для удобства хранения, т. е. в формате MP3, FLAC или Apple Lossless. В то время как компьютеры могут понимать эти цифровые сигналы, мы, люди (при условии, что наши читатели из этого мира), не могут, как и ваши динамики или наушники. Поэтому, прежде чем мы сможем его прослушать, цифровой сигнал нужно еще раз вернуть в аналоговый. Эту функцию любезно выполняет ЦАП, который будет встроен в ваш ноутбук или музыкальный плеер. Чем лучше ЦАП, тем выше качество преобразования и, следовательно, тем лучше звук, который вы услышите из динамиков/наушников.

Я никогда раньше не пользовался ЦАП, так зачем мне его покупать сейчас?

Возможно, вы этого не осознавали, но вы использовали ЦАП каждый раз, когда проигрывали музыку на своем ноутбуке или смартфоне. Эти продукты имеют свой собственный встроенный ЦАП, но, как правило, очень низкого качества, потому что он был разработан для выполнения одной небольшой части всех функций устройства с ограниченным бюджетом. Поэтому, если вы вложили деньги в хорошие динамики или наушники, вы не сможете извлечь из них максимальную пользу, если не используете отдельный ЦАП, который был разработан и оптимизирован исключительно для создания звука Hi-Fi.

Как DAC вписывается в мою текущую настройку?

ЦАП доступны во всех размерах и ценовых категориях, поэтому, если вы хотите, чтобы они оставались на месте, вы можете инвестировать в более премиальное, более крупное устройство, которое могло бы поместиться в ваш стек Hi-Fi, или устройство среднего размера для сидячих мест. рядом с вашим ПК/ноутбуком.

Но если вы ищете что-то маленькое и портативное, вам нужен USB-ЦАП для наушников, такой как наш DacMagic XS. Это не только отличный маленький ЦАП для более качественного преобразования звука, но и встроенный усилитель для наушников. Этот усилитель в 10 раз мощнее, чем выход для наушников на вашем ноутбуке. Он подключается прямо к вашему ноутбуку через USB и имеет разъем для наушников, так что вы можете подключить наушники напрямую и обойти встроенный в ноутбук ЦАП низкого качества для превосходного звука в дороге. Благодаря дополнительной мощности усилителя вы получите гораздо больше громкости, детальности и басов за вложенные деньги, наконец, максимально используя наушники.

Для получения дополнительной информации о нашем ассортименте ЦАП ознакомьтесь с отмеченным наградами DacMagic Plus, небольшим, но мощным DacMagic 100 или очень портативным DacMagicXS, которые мы только что выпустили в различных цветах! Нужно больше убедительности? Тогда посмотрите наше видео, объясняющее необходимость ЦАП ниже:

Читайте также: