Игор ГУСЕВ, Андрей МАРКИТАНОВ
Гаврила беше аудиофил,
Gavrila DAC създаде ...
Наистина, защо не направим DAC със собствените си ръце? Необходимо ли е изобщо? Със сигурност! Външен конвертор ще бъде полезен преди всичко на собствениците на CD плейъри, пуснати преди 5 - 10 години. Технологията за цифрова обработка на звука се развива с бързи темпове и идеята за съживяване на звука на старо, но обичано устройство с помощта на външен DAC изглежда много примамлива. Второ, такова устройство може да бъде от голяма полза за тези, които имат евтин модел, оборудван с цифров изход - това е шанс да изведе звука му на ново ниво.
Не е тайна, че когато създава евтин CD плейър, разработчикът е в тясна финансова рамка: той трябва да избере по-прилично превозно средство и да оборудва новия продукт с всички видове услуги до максимум, да донесе повече бутони с многофункционален индикатор към предния панел и т.н., в противен случай строгите закони на пазара, устройството няма да се продава. След една година, като правило, ще се появи нов, който понякога не звучи по-добре от стария (а често и по-лош) и така нататък до безкрайност. И повечето големи фирми обикновено променят цялата гама всяка пролет ...
Отделените средства обикновено не са достатъчни за висококачествен DAC и аналоговата част на веригата и много производители откровено спестяват от това. Има обаче изключения от това правило, когато подобни решения се вземат умишлено, като елемент от техническата политика на компанията.
Например японският C.E.S., добре познат на нашите аудиофили. поставя скъпи автомобили с голям брой ръчни настройки в своите модели CD2100 и CD3100, като същевременно използва обикновен DAC, който очевидно не отговаря на механиката като клас. Тези устройства са позиционирани от компанията като превозни средства с контролен аудио път и първоначално са проектирани да работят с външен конвертор. Ситуацията е малко по-различна с играчите TEAS VRDS 10 - 25. Чрез инсталирането на диск от висок клас и скъпи TDA1547 (DAC 7) DAC чипове, инженерите по някаква причина решиха да спестят от изходните етапи. Една руска компания, знаейки за тази характеристика на моделите, прави ъпгрейд, заменяйки аналоговата част на веригата.
За авторите
Андрей Маркитанов, инженер в конструкторското бюро за звукова техника Three V от Таганрог. Разработва и въвежда в производство DAC под марката Markan, редовен участник в руски Hi-End изложения. Обича нестандартните решения, следва аудио модата, винаги е в крак с последните постижения в областта на цифровата схемотехника. Той знае разводките на много чипове Crystal, Burr-Brown и Philips от паметта.
Малко теория
И така, решено е - правим DAC. Преди да започнем да разглеждаме схемата, е полезно да дешифрираме някои общи съкращения:
S/PDIF (формат на цифровия интерфейс на Sony/Philips)- стандарт за цифрово предаване на аудио данни между устройства (асинхронен интерфейс със самосинхронизация). Има и оптична версия на TosLink (от думите Toshiba и Link). Почти всички модели евтини CD плейъри са оборудвани с този интерфейс, но сега той се счита за остарял. Има и по-модерни интерфейси, използвани в скъпите устройства, но все още няма да говорим за тях.
DAC (DAC)- цифрово-аналогов преобразувател.
IIS (InterIC Signalbus)- стандарт за синхронен интерфейс между елементи на верига в рамките на едно и също устройство.
PLL (фазово заключен контур)- фазово заключена система.
Акцент- прогнози.
Понастоящем има два напълно различни начина за цифрово-аналогово преобразуване за CD аудио формата: еднобитов и многобитов. Без да навлизаме в подробности за всеки от тях, отбелязваме, че по-голямата част от скъпите DAC модели използват многобитово преобразуване. Защо скъпо? Достойното изпълнение на тази опция изисква висококачествено многоканално захранване, сложна процедура за настройка на изходните филтри, при някои модели се извършва ръчно, а в развитите страни работата на квалифициран специалист не може да бъде евтина.
Еднобитовите преобразуватели обаче също имат много фенове, т.к. те имат особен характер на предаване на звука, някои характеристики на който са трудни за постигане със съществуващата многобитова технология. Те включват по-високата линейност на еднобитовите DAC при ниски нива на сигнала и следователно по-добра микродинамика, отчетлив детайлен звук. От своя страна аргументът на привържениците на многобитовите DAC е по-силното емоционално въздействие върху слушателя, мащабността и отвореността на звука, т.нар. "drive" и "ches", което е особено ценено от любителите на рока.
На теория еднобитовите DAC изискват много висока тактова честота, за да работят безупречно. В нашия случай, т.е. 16 бита и 44.1 kHz, трябва да е около 2.9 GHz, което е абсолютно неприемлива стойност от техническа гледна точка. С помощта на математически трикове и всякакви преизчисления тя може да бъде намалена до приемливи стойности в рамките на няколко десетки мегахерца. Очевидно това обяснява някои от характеристиките на звука на еднобитовите DAC. Кое е по-добро? Ще опишем и двата варианта, а кой да изберете - решете сами.
Основното нещо, от което се ръководехме при разработването на схемата, беше нейната изключителна простота, която ни позволява да разберем идеята и да я реализираме в конкретен дизайн, дори и за аудиофил, който няма опит в цифровите технологии. Въпреки това, описаният DAC е в състояние значително да подобри звука на бюджетно устройство, оборудвано с коаксиален цифров изход. Ако вашият плейър няма такъв, тогава ще бъде лесно да го организирате сами. За да направите това, в повечето случаи е достатъчно да инсталирате RCA конектор на задната стена и да запоите неговия сигнален лоб на подходящото място на платката. По правило основната версия на дънната платка е направена за няколко модела наведнъж, само че е „пълнена“ по различни начини и трябва да има място върху нея за запояване на жака за цифров изход. Ако това не е така, ще трябва да потърсите схема на устройството - в оторизирани сервизи, на радиопазарите или в интернет. В бъдеще това оформление може да послужи като обект на усилия за по-нататъшното му подобряване и накрая да позволи постигането на "нежна мъгла върху чисто изображение".
Почти всички устройства с тази цел са изградени на подобна елементна база, изборът на елементи за разработчика не е толкова широк. Сред наличните в Русия ще назовем Burr-Brown, Crystal Semiconductors, Analog Devices, микросхеми Philips. От S / PDIF приемниците на сигнали, CS8412, CS8414, CS8420 от Crystal Semiconductors, DIR1700 от Burr-Brown, AD1892 от Analog Devices са повече или по-малко достъпни на достъпни цени. Изборът на самите DAC е малко по-широк, но в нашия случай използването на CS4328, CS4329, CS4390 с делта-сигма преобразуване изглежда оптимално, те най-пълно отговарят на критерия качество / цена. Многобитовите мулти-битови PCM63 многобитови чипове на Burr-Brown за $96 или по-нови PCM1702, които се използват широко в High End, също изискват определени видове цифрови филтри, които също не са евтини.
И така, ние избираме продуктите на Crystal Semiconductors, а документацията за микросхеми с тяхното подробно описание, pinout и таблици за състоянието могат да бъдат изтеглени от сайта www.crystal.com.
| Подробности за конвертора | ||
|---|---|---|
| съпротива | ||
| R1 | 220 | 1/4w |
| R2 | 75 | 1/4w |
| R3 | 2k | 1/4w |
| R4 - R7 | 1к | 1/4w |
| R8, R9 | 470k | 1/4w карбон |
| Кондензатори | ||
| C1 | 1,0uF | керамика |
| C2, C4, C8, C9 | 1000uF x 6.3V | оксид |
| C3, C5, C7, C120 | 1 uF | керамика |
| C6 | 0,047uF | керамика |
| C10, C11 | 1,0uF | K40-U9 (хартия) |
| полупроводници | ||
| VD1 | AL309 | червен светодиод |
| VT1 | KT3102A | npn транзистор |
| U1 | CS8412 | приемник на цифров сигнал |
| U2 | 74HC86 | TTL буфер |
| U3 | CS4390 | DAC |
Да отидем на диаграмата
И така, остава въпросът коя схема да избера? Както вече споменахме, той трябва да бъде неусложнен, лесен за повторение и с достатъчен потенциал за качество на звука. Също така изглежда задължително да има абсолютен фазов превключвател, което ще направи възможно по-доброто съвпадение на DAC с останалите елементи на аудио пътя. Ето най-добрият според нас вариант: цифров приемник CS8412 и еднобитов DAC CS4390, струващ около $7 на кутия (по-добре е да се опитате да намерите DIP опция, това значително ще улесни инсталацията). Този DAC се използва в известния модел плейър Meridian 508.24 и все още се счита за най-добрия от Crystal. Многобитовата версия използва чипа Philips TDA1543. Веригата на еднобитов преобразувател изглежда така:
Резисторите R1-R7 са малки по размер, от всякакъв тип, но R8 и R9 са по-добре да вземат серията BC или внесени въглеродни. Електролитните кондензатори C2, C4, C8, C9 трябва да имат номинална мощност най-малко 1000 микрофарада с работно напрежение 6,3 - 10 V. Кондензаторите C1, C3, C5, C6, C7 са керамични. C10, C11 е желателно да се използва K40-U9 или MBHCH (хартия в масло), но филм K77, K71, K73 (изброени в низходящ ред на приоритет) също са подходящи. Трансформатор T1 - за цифрово аудио, получаването му не е проблем. Можете да опитате да използвате трансформатор от дефектна компютърна мрежова карта. Диаграмата не показва захранването на микросхемата U2, минусът се подава към 7-ия крак, а плюсът към 14-ия.
За да увеличите максимално звуковия потенциал на веригата, препоръчително е да се придържате към следните правила за инсталиране. Всички връзки към общия проводник (маркиран с иконата GND) е най-добре да се правят в една точка, например на пин 7 на U2 чипа. Най-голямо внимание трябва да се обърне на входния възел за цифров сигнал, който включва входния жак, елементи C1, T1, R2 и щифтове 9,10 на чипа U1.
Необходимо е да се използват възможно най-късите връзки и проводници на компонентите. Същото важи и за възел, състоящ се от елементи R5, C6 и щифтове 20, 21 на чипа U1. Електролитните кондензатори с подходящи керамични шунтове трябва да бъдат монтирани в непосредствена близост до захранващите щифтове на микросхемите и свързани към тях с проводници с минимална дължина. Диаграмата не показва друг електролит и керамичен кондензатор, които са свързани директно към захранващи щифтове 7 и 14 на U2 чипа. Необходимо е също така да се свържат щифтове 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10 на U2 чипа.
След като натрупате известен опит, ще можете да избирате на слух размера и вида на електролитните и керамичните кондензатори, които се намират в електрическите вериги във всяка конкретна област.
Сега няколко думи за работата на самата схема. Светодиод D1 служи за индикация, че цифровият приемник U1 улавя сигнала от транспорта и наличието на грешки при четене. При нормално възпроизвеждане не трябва да свети. Контактите S1 превключват абсолютната фаза на сигнала на изхода, това е подобно на промяна на полярността на кабелите на високоговорителите. Като промените фазирането, можете да забележите как то влияе на звука на целия път. DAC също има верига за коригиране на де-емфазиса (пин 2/U3) и въпреки че няма много пуснати дискове с предварителен акцент, такава функция може да бъде полезна.
Сега за изходните вериги. Възможно е директно свързване на DAC чипа към изхода само чрез свързващи кондензатори, тъй като чипът CS4390 вече има вграден аналогов филтър и дори изходен буфер. Чиповете CS4329 и CS4327 са изградени на подобен принцип, CS4328 DAC също имаше добра аналогова част. Ако знаете как да правите висококачествени нискочестотни филтри и съвпадащи стъпала, трябва да опитате ръката си с великолепната микросхема CS4303, която има цифров сигнал на изхода и прави възможно изграждането на страхотно звучащо устройство, ако за например свързвате кенотрон захранван тръбен буфер към него.
Но да се върнем към нашия CS4390. Принципът на изграждане на еднобитови ЦАП предполага наличието на значителен амплитуден импулсен шум във вътрешните силови вериги. За да се намали влиянието им върху изходния сигнал, изходът на такива DAC почти винаги се извършва по диференциална схема. В този случай ние не се интересуваме от запис на съотношенията сигнал/шум, така че използваме само един изход за всеки канал, което избягва използването на допълнителни аналогови етапи, които могат да повлияят негативно на звука. Амплитудата на сигнала на изходните жакове е напълно достатъчна за нормална работа, а вграденият буфер се справя добре с такива натоварвания като свързващ кабел и входен импеданс на усилвателя.
Сега нека поговорим за мощността на нашето устройство. Звукът е само модулирано захранване и нищо друго. Каквато е храната, такъв е и звукът. Ще се опитаме да обърнем специално внимание на този въпрос. Първоначалната версия на стабилизатора на мощността за нашето устройство е показана на фиг. 2
Предимствата на тази схема са нейната простота и яснота. При общ токоизправител се използват различни стабилизатори за цифровата и аналоговата част на схемата - това е задължително. Помежду си те се разделят на входа чрез филтър, състоящ се от C1, L1, C2, C3. Вместо петволтови регулатори 7805 е по-добре да поставите регулируем LM317 с подходящи резистивни разделители в управляващата изходна верига. Изчисляването на стойностите на съпротивлението може да се намери във всеки справочник за линейни микросхеми. В сравнение с 7805, LM317 имат по-широк честотен диапазон (не забравяйте, че не само постоянен ток протича през захранващите вериги, но и широколентов цифров сигнал), по-малко вътрешен шум и по-тиха реакция на импулсен товар. Факт е, че когато се появи импулсен шум (и те очевидно са невидими по отношение на мощността!), Стабилизационната верига, покрита с дълбока отрицателна обратна връзка (необходимо е да се получи висок коефициент на стабилизация и ниско изходно съпротивление), се опитва да го компенсира . Както се очаква за вериги с OOS, възниква затихнал колебателен процес, върху който се наслагват новопристигнали смущения и в резултат на това изходното напрежение постоянно скача нагоре и надолу. От това следва, че е желателно да се използват стабилизатори на дискретни елементи, които не съдържат операционна система за захранване на цифрови схеми. Разбира се, в този случай изходният импеданс на източника ще бъде много по-висок, така че цялата отговорност за борбата с импулсния шум се прехвърля върху шунтовите кондензатори, които се справят добре с тази задача и това има благоприятен ефект върху звука . В допълнение, ясно се очертава необходимостта от използване на отделен стабилизатор за всяка изходна мощност на цифровите микросхеми, заедно с елементи за разделяне на мощността (подобно на L1, C2, C3 на фиг. 2).
В DAC на Markan това е направено и филтърът с допълнително потискане на цифровия шум и токоизправителят работят от отделна намотка на мрежовия трансформатор и дори се използват различни трансформатори за допълнително разделяне на цифровата и аналоговата част на веригата. Същото се прави за по-нататъшно подобряване на нашия DAC, въпреки че схемата на фиг. 2 може да се използва за начало, тя ще осигури първоначално ниво на качество на звука. В токоизправителя е по-добре да използвате бързи диоди на Шотки.
Многобитов вариант на схемата
Обикновено многобитовите DAC изискват няколко източника на напрежение с различна полярност и значителен брой допълнителни дискретни елементи за тяхната работа. Сред голямото разнообразие от микросхеми ще изберем Philips TDA1543. Този DAC е "бюджетна" версия на отличния чип TDA 1541, струва една стотинка и се предлага на дребно у нас.
Чипът TDA 1541 беше използван в CD плейъра Arcam Alpha 5, който по едно време събра много награди, въпреки че също беше силно скаран - допотопен DAC, силни смущения, но как звучи! Този чип все още се използва в грамофони Naim. TDA1543 е страхотен за нашите цели, т.к. изисква само едно +5V захранване и не изисква допълнителни части. Разпояваме CS4390 от цифровия приемник и свързваме TDA 1543 на негово място в съответствие с диаграмата на фиг. 3.
Тук трябва да се направят няколко допълнителни пояснения. Всички многобитови DAC имат токов изход и има няколко схеми за преобразуване на сигнала в напрежение. Най-често срещаният е операционен усилвател, свързан с инвертиращ вход към изхода на DAC. Преобразуването на ток-напрежение се извършва за сметка на покриващата го ОС. На теория работи чудесно и този подход се счита за класически - може да се намери в препоръчителните опции за включване на всеки многобитов DAC. Но ако говорим за звук, тогава всичко не е толкова просто. За да се приложи този метод на практика, са необходими много висококачествени операционни усилватели с добри скоростни характеристики, например AD811 или AD817, които струват повече от $5 на брой. Следователно, в бюджетните дизайни те често действат по различен начин: те просто свързват обикновен резистор към изхода на DAC и токът, преминаващ през него, ще създаде спад на напрежението, т.е. пълен сигнал. Стойността на това напрежение ще бъде право пропорционална на стойността на резистора и тока, протичащ през него. Въпреки привидната простота и елегантност на този метод, той все още не е широко използван от производителите на скъпо оборудване, т.к. също има много клопки. Основният проблем е, че токовият изход на DAC не осигурява наличието на напрежение върху него и обикновено е защитен от диоди, свързани гръб към гръб, и внасят значителни изкривявания в сигнала, получен от резистора. Между известни производителиТези, които все пак са решили такъв метод, трябва да се отличават от Kondo, който в своя M-100DAC поставя резистор, навит със сребърна жица. Очевидно има много малко съпротивление и амплитудата на изходния сигнал също е много малка. За да се получи стандартна амплитуда, се използват няколко етапа на тръбно усилване. Друга известна компания с нетрадиционен подход към проблема с преобразуването на ток в напрежение е Audio Note. В нейните DAC тя използва за тази цел трансформатор, в който токът, преминаващ през първичната намотка, предизвиква магнитен поток, водещ до появата на сигнално напрежение върху вторичната намотка. Същият принцип е приложен в някои DAC от серията Markan.
Но обратно към TDA 1543. Изглежда, че разработчиците на тази микросхема по някаква причина не са инсталирали защитни диоди на изхода. Това отваря перспективата за използване на резисторен преобразувател ток към напрежение. Съпротивленията R2 и R4 на фиг. 3 е точно за това. При посочените стойности амплитудата на изходния сигнал е около 1 V, което е напълно достатъчно за директно свързване на DAC към усилвател на мощност. Трябва да се отбележи, че капацитетът на натоварване на нашата схема не е много висок и при неблагоприятни условия (висок капацитет на свързващия кабел, нисък входен импеданс на усилвателя на мощността и т.н.), звукът може да бъде леко ограничен в динамиката и „намазан“. В този случай изходният буфер ще помогне, чиято схема и дизайн можете да избирате от различни съществуващи опции. Може да се случи, че в някои произведени версии на микросхемата TDA 1543 все още са инсталирани защитни диоди (въпреки че в спецификациите няма такава информация и ние също не попаднахме на конкретни случаи). В този случай ще бъде възможно да премахнете сигнал с амплитуда не повече от 0,2 V от него и ще трябва да използвате изходен усилвател. За да направите това, е необходимо да намалите стойността на резисторите R2 и R4 с 5 пъти. Кондензаторите C2 и C4 на фиг. 3 образуват филтър от първи ред, който премахва радиочестотния шум от аналоговия сигнал и генерира желаната честотна характеристика в горната част на диапазона.
Много дизайни на DAC използват цифрови филтри, което значително опростява задачата на разработчика при проектирането на аналоговата част, но в същото време цифровият филтър носи по-голямата част от отговорността за крайния звук на устройството. Наскоро те бяха изоставени, тъй като компетентен аналогов филтър ефективно потиска високочестотния шум и няма толкова пагубен ефект върху музикалността. Точно това е направено в DAC на Markan, които използват конвенционален филтър от трети ред с линейна фазова характеристика, изработен върху LC елементи. В нашата схема на фиг. 3, за простота се използва аналогов филтър от първи ред, което в повечето случаи е напълно достатъчно, особено ако използвате лампов усилвател на мощност и дори без обратна връзка. Ако вашето оборудване е транзисторно, тогава е напълно възможно да се наложи да увеличите реда на филтъра (обаче не прекалявайте, твърде стръмната верига определено ще влоши звука). Съответните схеми и формули за изчисление ще намерите във всеки приличен наръчник за радиолюбители.
Моля, обърнете внимание, че резисторите R2, R4 и кондензаторите C2, C4 са разположени точно на мястото, където произлиза аналоговият звук. High End започва от тук и, както се казва, "навсякъде по-нататък". Качеството на тези елементи (особено резистори) ще повлияе значително на звука на цялото устройство. Резисторите трябва да бъдат инсталирани с въглерод VS, ULI или бор-въглерод BLP (след като ги изберете за същото съпротивление с помощта на омметър), използването на вносна екзотика също е добре дошло. Кондензаторите са разрешени от всеки тип от горните. Всички връзки трябва да са с минимална дължина. Разбира се, необходими са и качествени изходни конектори.
Какво получихме?
Лошо пеех стихове,
хриптеше, крещеше и лъжеше мотива...(J.K. Джером, „Трима в лодка,
с изключение на кучето)
Не ме мързи да ви напомня, че преди да включите устройството за първи път, трябва внимателно да проверите цялата инсталация. В този случай контролът на силата на звука на усилвателя трябва да бъде настроен на минимална позиция и силата на звука трябва да се увеличава постепенно, ако няма смущения, свирки и фон на изхода. Бъдете внимателни и внимателни!
Като цяло еднобитовите ЦАП се характеризират с много мек, приятен звук, с изобилие от фини детайли. Изглежда, че те хвърлят целия си звуков потенциал в помощ на солиста, изтласквайки останалите участници в музикалната работа някъде на заден план. Големите оркестри са донякъде "намалени" по отношение на състава на музикантите, силата и мащабът на звука им страдат. Многобитовите DAC обръщат еднакво внимание на всички участници в музикалното действие, без да отчуждават или подчертават някой от тях. Динамичният диапазон е по-широк, звукът е по-равномерен, но в същото време малко по-откъснат.
Например, когато възпроизвеждате добре познатата песен „I Put A Spell on You“, изпълнена от Creedence Clearwater Revival чрез многобитов DAC, нейната енергия се предава перфектно, мощният поток от емоции просто очарова, намерението на създателите му става ясно, ние остро усещаме какво са искали да ни кажат. Малките детайли са донякъде замъглени, но на фона на доминиращите характеристики на такова подаване на звук, описано по-горе, това не изглежда сериозен недостатък. Когато възпроизвеждате една и съща песен чрез еднобитов DAC, картината е малко по-различна: звукът не е толкова мащабен, сцената е донякъде избутана назад, но детайлите на звукопроизводството, малките докосвания се чуват перфектно. Добре е предаден моментът, когато музикантът доближава китарата до усилвателя, постигайки леко самовъзбуждане на усилвателя. Но когато слушате Елвис Пресли, цялото богатство на гласа му се разкрива перфектно. Ясно се вижда как се променя с възрастта, емоционалното въздействие върху слушателя също е силно, а съпроводът, донякъде изместен на заден план, органично се вписва в общата картина.
Така че изборът на типа DAC зависи от вас, и двата варианта имат както силен, така и слаби страниИстината, разбира се, е някъде по средата. Въпреки простотата, звуковият потенциал на описаните схеми е доста висок и ако горните препоръки се прилагат творчески, крайните резултати не трябва да ви разочароват. Желаем Ви успех!
Въпроси от дизайнера на схемата
Основното в нашия бизнес е да започнем правилно! Не е нужно да се тревожа за изграждането на продуктова линия от евтини потребителски стоки до най-високия клас. Следователно мога да си позволя веднага да избера чипа за цифрово-аналогов преобразувател, който харесвам, и да изградя дизайн около него. Така че, „мистичният DAC“ беше взет като основа, както го наричат в мрежата. Няма да правя голяма тайна от малка микросхема, но нека запазим интригата за начало.
Изградете добър DACза моя любим ходя от миналия век, но някак си ръцете ми не стигнаха и по-приоритетни задачи поеха. И тук, за моя радост, се появи клиент, който, от една страна, можеше да оцени добрия звук, от друга страна, беше готов да се примири с определено ниво на „домашно приготвено“ в готовото устройство . Разбира се, ще положа всички усилия клиентите ми да останат доволни от избора си. Това, което моите "предварителни" продукти губят в сравнение с масово произвежданите устройства на известни марки е:
- част от редактирането е направено с паяжина върху "къртици", а не върху печат, което има положителен ефект върху качеството на звука, но, уви, няма да бъде налично в серийни проби;
- Не пестя от дреболии като защита от пренапрежение или шунтови капацитети, които, между другото, многократно са били обвинявани от всички признати авторитети;
- Моята "марка" все още не е широко известна в тесни кръгове 🙂
Започнете, обърнете внимание...
Откъде да започна? Точно така, най-добре от готово устройство, дори и просто, но съдържащо ключови компоненти. В Китай за САЩ $ 50 закупен е добър комплект за самосглобяване на DAC. Както вече , китайският икономически гений не се отличава с особени технически таланти, така че всичко в този комплект беше минимум, точно според спецификациите.Освен това, че създателите на комплекта изградиха храна, както им се стори, направо много високо качество: залепен " Krenok" с гирлянди. Но комплектите бяха придружени от много последователни R-core трансформатори.
На този етап задачата не беше по някакъв начин да контролирам конкретно цифровия приемник или DAC, така че твърдо свързаната минималистична верига S / PDIF-> I2S-> DAC ми пасна идеално.
Съзнателно не се стремях да намеря DAC с USB вход. Причината е проста: компютърът е много силен и няма желание да пуснете целия този боклук в аудио устройството. Разбира се, има методи, но досега не съм срещал нито един DAC с компетентно отделяне на USB входа (устройства за 1K зелено и по-горе, както и продукти на руски аудио "левичари" не се броят) .
Считам за необходимо да отбележа, че въпреки всичките ми заяждания относно схеми и т.н., качеството на печатната платка е просто отлично!
Поемаме контрола върху ситуацията в наши ръце
В документацията за ЦАП-а на едно място пише, че аналоговото захранващо краче трябва да се шунтира с електролит 10 микрофарада и керамика 0,1 микрофарада. На диаграмата крак 18 е шунтиран по този начин.
Малко по-нататък в същия документ се казва, че е желателно да се шунтира входът на крака 17 с електролит от 10 μF и керамика от 0,1 μF. Разработчикът действаше в пълно съответствие, изпълнителен другарю, просто браво!
На друго място от документацията се казва, че 17-ти крак Могаработи директно към аналогово захранване. Какво виждаме на диаграмата 🙂
Най-забавното е, че не само във веригата, но и на печатната платка всичко е разделено така: с два електролита и два кондензатора по 0,1 микрофарад всеки, с къс стек точно между 17-ия и 18-ия крак на чипа (пътят към кондензаторите от 17-ия крак минава под тялото на чипа) :
Всичко дойде толкова мръсно от фабриката. Как го изпрах е друга история 🙂
За тези, които са особено любопитни: стъпката на краката на корпуса на микросхемата е 0,65 мм.
Моят приятел Вадич-Борисич по някакъв начин се натъкна на великолепна снимка във ВКонтакте: " съпротивата е безсмислена". Ето, това ме вдъхнови, тук е също толкова безполезно, колкото и дублираните шунтови кондензатори на схемата по-горе, преначертах "веригата" специално за вас:
Трябваше да управлявам това, което се случваше на 17-ия етап. Трябваше да го режа жив. Добре е, че под чипа все още не е поставен джъмпер - перспективата за разпояване на единия крак на кутията SSOP някак си не е окуражаваща.
Посредствеността - зад борда
Какъв цифрово-аналогов преобразувател прави без операционни усилватели?
Точно така, само качествен DAC. Така че просто не запоих скромния филтър на NE5532. Може би си струваше да имам какво да слушам за сравнение и да се уверя колко неубедителна е дълбоката линия на OOS възпроизвеждането ... Но вече имам CD плейър от уважаван производител, който много усърдно възпроизвежда много посредствения звук на операционните усилватели, макар и скрит зад звучното име HDAM и запоен в екрани. И има достатъчно други подобни "мостри".
Учете, учете и... мислете!
Може би, без изключение, ЦАП от производители от "Поднебесната империя" наблюдават същите локомотиви от "Кренок" (снимката вдясно не е моя, тя беше уловена в мрежата). Включвайки като вентилатор серийните регулатори на напрежението, разработчиците очевидно се опитват да постигнат по-добро отделяне на мощността и да намалят проникването на смущения от цифровата част към аналоговата. За съжаление, масите нямат това, което наричам "текущо мислене" в електрическата верига. Всъщност всичко е просто и ... малко тъжно.
Погледнете някои LM317 от страната на изхода. Със сигурност ще намерите 10uF електролит и още няколко малки контейнера. Сега нека изчислим времевата константа в тази схема: просто погледнете листа с данни и се уверете, че изходното съпротивление на "търкаляне" е много малко, което разработчиците на интегрирания стабилизатор се опитват да постигнат. Честно казано, сега ме мързи да преброя точно, но той „вижда“ смущения с честоти, да речем, от 100 kHz и под банката, точно на изхода си, тоест контролния електрод и, както е проектиран , предава тези вълни „нагоре по команда“, като усърдно се опитва да поддържа напрежението на изхода ви.
Текущите колебания падат върху изхода на стабилизатор с по-високо напрежение. Следвайки същата логика, все още доста високочестотни промени в тока се движат почти безпрепятствено през цялата верига от стабилизатори. И свирят и вдигат шум наоколо.
Единственото рационално зърно в използването на два последователни линейни стабилизатора, виждам само, че малките прецизни стабилизатори обикновено не понасят високи входни напрежения, а комплектите за самосглобяване на DAC често попадат в ръцете на запояващи монтажници, които често го правят дори не си правете труда да разглеждате докове за приложени компоненти и тези комплекти все още трябва да работят...
Разпространението на достатъчно високочестотни смущения лесно се предотвратява чрез добавяне на ... обикновени резистори към веригата. Прости RC филтри на входалинейните стабилизатори ще осигурят отлично разделяне на радиочестотните вълни в двете посоки, драматично намалявайки "разстоянието" във веригата, където ще се получат токови удари (включително "земния" проводник!)
Така че захранването е претърпяло големи промени на платката. Уви, имаше няколко изрязани писти и повърхностен монтаж.
Понякога малък резистор е много по-ефективен от голям кондензатор:
Ние уважаваме наследството на нашите предци
Вместо тъп мост в изправителя сме поставили супер бързи диоди, което значително намалява "ударите" на тока в моментите на заключване на диодите. Тази техника е доста популярна и доста смислена, така че ще я използваме и ние:
Между другото, точно неразбирането на това как да развържете линейните RF стабилизатори води щателните разработчици до факта, че те започват да инсталират отделен трансформатор за всяка блокова верига. Друго много популярно, но също така скъпо решение на проблема с серийните регулатори: използването на снопове от източник на ток - паралелен регулатор. В този случай всичко е наред с отделянето, само тук мощността трябва да се разсейва със значителна разлика.
Нека не изискваме много от "кита"
Необходима е отделна статия, за да се опише серия от експерименти с различни стабилизатори. Тук само ще отбележа, че за чест на разработчиците от Поднебесната империя избраният от тях LDO стабилизатор lm1117 може най-добрият вариантот налични в търговската мрежа и сравнително достъпни интегрирани стабилизатори. Всеки 78XU, LM317 и други подобни просто си почиват поради несъответстващо големия изходен импеданс (измерен при 100KHz). Уви, прецизните LP2951 също отидоха в същата кошница. TL431 се държи малко по-добре във веригата на стабилизатора на шунт, но има своя собствена история: TL431 са много различни, в зависимост от това кой ги е направил. 1117 печели с голяма разлика. Уви, той се оказва и най-шумният стабилизатор. Бумти, скърца и с товар и без.
Трябваше сам да сглобя стабилизатора на отделни компоненти. Само от два скромни транзистора, следвайки идеологията HotFET, беше възможно да се „изцеди“ всичко, което изисква десетки транзистори в интегриран дизайн и все още не достига. Разбира се, бяха необходими още няколко активни компонента, за да се осигури работата на "сладката двойка" ... но това отново е съвсем различна история.
Интересен резултат от макро фотографията: не забелязах с просто око, че дъската не е напълно измита от потока.
Полимерите властват
Последното усъвършенстване, насочено към постигане на най-вярно предаване на звука, беше "изглаждането" на захранването.
На критични места обикновените (макар и не лоши ChemiCon) алуминиеви електролити от комплекта бяха заменени с твърдотелен алуминий Sanyo OS-CON. Тъй като събрах два идентични комплекта паралелно, беше възможно да организирам тестване "A / B". Разликата е на ръба на чуваемостта, но я има! Без сигнал с конвенционални електролити, при (много) високо усилване, в слушалките имаше нещо като "шумово пространство". Полимерните електролити ни отвеждат до абсолюта.
Sanyo OS-CON - лилави варели без прорез на капака.
Ако не искате да мислите с главата си, използвайте ръцете си
На почти всички платки и комплекти DAC, използващи цифровия приемник CS8416, китайците поставят превключвател, така че потребителят да може да избира между оптичен и меден S / PDIF вход (снимката вдясно е типичен пример, намерен в мрежата). Така че: там не е необходим превключвател, микросхемата на приемника може да слуша два входа без външна помощ, било то груб превключвател или мъдър микроконтролер.
Споделям с вас трик, който шпионирах на демо платка от самите Cristal Semiconductor. Достатъчно е да свържете например меден S / PDIF към RXN и изхода на оптичния TOSLINK приемник към RXP0.
Надявам се, че няма нужда да обяснявам как работи това? 😉
Дори в референтния дизайн, фирмите ореха, забравиха шунтиращия кондензатор в захранването TORX 🙁
Икономия или неграмотност?
Много е полезно да прочетете документацията на производителите, особено тези, които правят самите микросхеми, за които аудиофилите след това се молят. Разкривам най-тайната тайна: таблото за референтен дизайн, таблото за оценка и подобни "сонди" от производителите обикновено съдържат примери грамотенизползвайки същите чипове. Освен това изобщо не е необходимо да купувате всички тези дъски, а ценовите етикети за такива „мостри“ са много различни: 50, 400 и хиляда зелени пари могат да надвишават. Но, скъпи разработчици, документацията за всички тези платки е достъпна в публичното пространство! Добре, добро преподаване.
И така, какво са пропуснали китайците или от какво са спестили: скромни 1000pF шунтиращи керамични кондензатори паралелно на 10uF и 0.1uF. Изглежда - защо, защото с такъв капацитет шунтираме честоти от десетки мегахерца и повече. Счита се, че аудио диапазонът е до 20 kHz, добре, до стотици kHz. Но никой не отмени цифровата част в цифрово-аналоговия преобразувател. И така, това е смущение на десетки мегахерца, което свободно се разхожда през евтините самоизградени DAC, карайки всички PLL да треперят от страх и по този начин създават идеални условия за появата на ужасяващ JITTER.
Друг популярен начин за спестяване на мачове
По-голямата част от производителите както на цифрови аудио източници, така и на цифрово-аналогови преобразуватели спестяват 30...50 цента за всяко устройство. Ние, потребителите, плащаме за това. Прочетете подробности.
Какво е висок клас без лампи?
Ордите от лампови DAC и лампови усилватели за слушалки ме забавляват в ценовия диапазон от сто и половина до стотици долари, които са наводнили пазара напоследък. Хората изглежда харесват как крушката съска и изкривява 15 ... 24 волта на анода Въпреки това, анализът на всички рани на такива DAC и псевдотръбни усилватели за слушалки е тема за отделна статия, но не и за една.
(снимката вдясно е примерна, нямам такава крушка)
Богата тема. Просто прегледах върховете тук, изобщо не докоснах аналоговата част. И колко интересно е да развъждате правилно "земята" или да организирате просто и в същото време удобно управление на апарата. И какво струват едни атенюатори - все пак могат да се избират с различни съпротивления, изградени по различни топологии, включени в различни части на пътя. Съпоставянето на източници за зареждане е много, много интересен въпрос, нали знаете!... Но за днес е време да приключа.
BOM или Bill of Materials
Разбира се, въпросът не се ограничава до петдесет долара. Керамичните кондензатори от комплекта са сменени с филмови. Трябваше да се добавят диоди на Шотки, висококачествени електролити и много други, да не говорим за случая. И, разбира се, моя HotFET усилвател: само 2 (две) степени на усилване от DAC изхода към слушалките или изхода на усилвателя. Нито повече, нито по-малко, но само в самия усилвател преброих 32 транзистора в стерео версията. Да, всички транзистори са JFET и MOSFET с изчерпване. Няма начин Не се вписвам в петдесет долара зеленодори по отношение на компонентите 🙂 И имайте предвид, че това е без никаква аудиофилска езотерика. Е, да, и аз имам собствено мнение по този въпрос. Все пак има хора, които вярват, че като се сложат "правилните" компоненти - всяка схема може да звучи. Ако ти, скъпи читателю, си от техните редици, научи ме, аз ще слушам, споря, слушам и ще разкажа на всички за моите преживявания точно на този сайт.
И така, къде е обещаната безплатна???
Приятели, тази статия е само отражение, маргинални бележки, е написана в горещо преследване на промяната на китайския DAC. Аз самият никога повече не бих се забъркал в подобно приключение: въпреки че се оказа добре, беше твърде скъпо от гледна точка на време и усилия. И не го препоръчвам на никого. Когато се занимавах с този комплект, отровата просто изтичаше, което беше отразено в статията 🙂 Извинявам се за леко арогантния стил на представяне и ако не е оправдал очакванията ви и не е предлагал разпространение на почти безплатни Hayend Dacs до населението 😉
Ако се интересувате, моля, уведомете ме. Все още има много материал в кофите, но силата, мотивацията да публикувам и съставя всичко това се дава главно от рецензиите, коментарите на моите читатели.
През последните десетилетия цифрово аудиосе развива с бързи темпове. В допълнение към появата на широка гама от цифрови усилватели, се появяват и нови цифрови аудио формати. От една страна, това радва любителите на висококачествен звук с повишаване на качеството на звука, от друга страна, разстройва, защото поради въвеждането на нови формати трябва постоянно да актуализирате вашата аудио система.
Ситуацията може да бъде спасена от наличието в системата на отделен цифрово-аналогов преобразувател(DAC). За да преминете към нов формат, ще трябва само да го актуализирате и понякога ще бъде достатъчно да актуализирате само един от неговите блокове, например S / PDIF приемник. В допълнение, самостоятелният DAC има още едно предимство - той е универсален модул и ви позволява да свържете различни цифрови източници от CD / DVD плейър, компютър или мрежов плейър към вашата аудио система.
Тази статия описва схемата и дизайна на DAC, способен да работи при честота на дискретизация от 32-96 kHz. Авторът умишлено не е внедрил поддръжка за стандарта 192 kHz, тъй като го смята за рядък. Основният акцент в това устройство е върху безкомпромисното качество. Използваната елементна база не е много нова, но е налична. Със сигурност много радиолюбители "в кошчетата" ще намерят повечето от компонентите, което ще ви позволи лесно да повторите този дизайн или да модифицирате съществуващия DAC на по-високо ниво.
СПЕЦИФИКАЦИИ на DAC
Функции и характеристики:
- коаксиални и оптични входове,
- работи с честота на семплиране от 32-96 kHz,
- 2-цифрен индикатор за честота на дискретизация,
- 8x свръхсемплиране,
- 24-битов цифров филтър,
- 24-битови цифрово-аналогови преобразуватели,
- цифрово намаляване на акцента (корекция преди изкривяване),
- превключваеми аналогови филтри от трети ред (Бесел и Бътъруърт),
- отделно захранване за цифрови и аналогови схеми.
Технически спецификации:
| номинално изходно напрежение | 2,1 V (RMS) |
| номинално входно напрежение коаксиален вход |
0.5V (съпротивление 75Ω) |
| честотен диапазон (–3 dB) | 0–fs/2 (fs=32/44,1/48 kHz) |
| 0–42 kHz (fs=88,2/96 kHz) | |
| гранична честота на аналогов филтър | 26 kHz (Butterworth за fs=32/44,1/48 kHz) |
| 42 kHz (Бесел за fs=88,2/96 kHz) | |
| изходен импеданс | 100Ω |
| съотношение сигнал/шум | ≥ 114 dBa |
| изкривяване+шум | 0,0016% (44,1 kHz, 16 бита) |
| 0,001% (48 kHz, 24 бита) | |
| 0,0008% (96 kHz, 24 бита, b=22 kHz) | |
| фактор на интермодулационно изкривяване (60Hz/7kHz, 0dB) |
0.0035% |
| разделяне на каналите (1 kHz) | >115 dB |
| динамичен диапазон | >100 dB |
Измерванията бяха извършени със следните позиции на превключвателя (вижте по-долу):
| s1 | s2 | s3 | s4 |
| -1 отстъпка | -1 включено | -1 включено | -1 отстъпка |
| -2 изключени | -2 изключени | -2 включено | -2 изключени |
| -3 изключено | -3 изключено | -3 включено | -3 изключено |
| -4 включено | -4 отстъпка | -4 отстъпка | -4 включено |
| -5 включено | |||
| -6 отстъпка | |||
| -7 отстъпка | |||
| -8 отстъпка |
СТРУКТУРНА СХЕМА
Дизайнът на ЦАП е направен под формата на 4 блока, всеки от които е сглобен на отделна печатна платка:
- захранване ± 12 V и +5 V,
- цифров приемник и драйвер за дисплей,
- 2 цифрен дисплей,
- цифров филтър, директен цифрово-аналогов преобразувател и аналогови изходни филтри.
Блоковата схема е показана на фигурата:
мащабиране при щракване
Захранването се състои от регулатор на напрежение +5V за цифровите схеми (приемник и цифров филтър) и регулатор на напрежение ±12V за захранване на аналоговите вериги и релета. Освен това от тези напрежения с помощта на допълнителни стабилизатори се получават напрежения от ± 5 V за захранване на DAC чипа.
Платката за цифров аудио приемник също съдържа драйвер за дисплей, който ви позволява да контролирате тактовата честота. Самият дисплей се състои от два 7-сегментни LED модула за показване на честотата на семплиране: 32kHz, 44kHz (44.1kHz реално), 48kHz, 88kHz (88.2kHz реално) или 96kHz.
За хардуерната конфигурация на приемника се използва 4-пинов DIP превключвател. Референтният часовник се генерира от кристален осцилатор с висока точност 6,144 MHz за определяне на честотата на входния сигнал и фазово заключена верига (PLL).
На изхода на приемника данните за честотата на дискретизация и битовете за състоянието се смесват. За разделянето им се използва чип IC5. Изходните данни се записват в регистрите на микросхемата и в нормален режим изходните сигнали са статични. Такава индикация (срещу динамична) изисква много по-малко ток и в резултат на това създава по-малко шум.
10-жилен плосък кабел се използва за свързване на платката на цифровия приемник към платката на дисплея. Приемната платка е свързана към DAC платката и изходните филтри с помощта на 16-жилен плосък кабел. Същият кабел от платката на приемника предава +5V напрежение за захранване на цифровия филтър, както и сигнал за превключване към изходния филтър с двойна честота на околната среда, ако се открие сигнал с честоти 88,2 kHz или 96 kHz входа.
Сигналът MUTE се генерира, когато няма сигнал на входа на приемника или когато PLL не може да се заключи към честотата. Взема се от пин 5 (ERF) на IC1 и се използва за управление на изходното реле (забранява DAC изхода).
Сигналът за нулиране на приемника и цифровия филтър образува веригата R6-C13 и се инвертира от IC5. Сигналът от цифровия приемник се предава към цифровия филтър, който осигурява корекция на изкривяването. Дванадесет DIP превключвателя ви позволяват да зададете различни параметри на филтъра: входни и изходни формати на данни, брой битове, характеристика на филтъра и други.
Цифровият филтър управлява два DAC чипа: един за левия и един за десния канал. Изходният сигнал на всеки от ЦАП е токов. Този избор не е направен случайно. Токовият изход осигурява добра линейност, нисък шум, ниско напрежение на отместване и висока скорост на нарастване. Да, DAC-овете с токов изход обикновено са по-скъпи, но качеството на звука (обикновено) е на по-високо ниво.
Необходим е аналогов изходен филтър за отстраняване на остатъчни продукти от свръхсемплиране и високочестотен шум от изходния сигнал. За да се разшири честотният обхват на семплиране, веригата използва два изходни филтъра с различни гранични честоти. Превключването на филтрите се извършва с помощта на две релета. Тъй като съпротивлението на филтрите е достатъчно високо, за да не наруши разделянето на каналите, беше необходимо да се използва отделно реле за всеки канал.
Изходният импеданс на филтъра е само 100 ома, така че за прилагане на функцията "MUTE" (заглушаване) може да се откаже от едно реле, без да се влошава работата на устройството. Тази функция ви позволява да се отървете от щраканията и шума на изхода на устройството по време на преходни процеси при включване или грешки при четене на входни данни.
ПРИНЦИПНА СХЕМА (ЦИФРОВ ПРИЕМНИК)
електрическа схемацифров приемник и драйвер на дисплея са показани на фигурата:
мащабиране при щракване
Основната задача на цифровия приемник IC1 е да декодира S/PDIF потока от данни в сериен формат на данни, който може да бъде прехвърлен към DAC чиповете. Чипът на приемника е разположен на отделна печатна платка по такъв начин, че коаксиалните и оптичните входни конектори да могат да бъдат поставени на най-удобното място на корпуса на устройството.
Входният импеданс, който има традиционна коаксиална входна стойност от 75 ома, се определя от стойността на резистора R1. Оптичният вход е реализиран на широко използвания чип IC2. Сигналът от неговия изход се подава към входа на IC1 през делител R1-R2, чиито резисторни стойности са избрани така, че сигналът при R1 да е малко по-голям (0,6 V) от стандартната стойност за коаксиалния вход (0,5 V).
Когато използвате оптичен вход, трябва да се инсталира джъмпер JP1. Коаксиалният вход не може да се използва!
Резисторите R7-R10 са необходими за премахване на високочестотното "звънене", причинено от капацитивния товар, образуван от свързващия кабел и входния капацитет на цифровия филтър.
Режимът на работа на цифровия приемник се задава от нивата на входовете M0-M3. Можете да прочетете повече за режимите на работа в справочното ръководство за чипа CS8414. Препоръчителният режим е I2S, тъй като в този режим броят на битовете по принцип не е фиксиран: могат да бъдат 16-битови данни или 24-битови данни. Следователно е необходимо да настроите DIP превключвателите S1 в положение S1-4 ON (M1 = 1), а останалите в положение OFF (M0 = M2 = M3 = 0).
Възможността за избор на различни режими на работа на цифровия приемник е включена, като се вземе предвид възможното бъдещо разширяване на функционалността или надграждане на дизайна. Той също така позволява приемната платка да се използва заедно с други видове DAC.
За намаляване на шума и смущенията кристалният осцилатор IC3 е разположен възможно най-близо до съответния вход (FCK) на чипа IC1, а захранващата шина е оборудвана с филтър върху елементите L3, C10, C11. Отделни филтри са инсталирани и в захранващите шини на други микросхеми.
От изходите на демултиплексора IC5, през конектора K2, сигналите (както и захранващото напрежение +5V и общия проводник) се изпращат към дисплея, който е свързан към приемната платка с 10-жилен кабел. За да се опрости веригата и да се намалят превключващите вериги, се използва двуцифрен седемсегментен индикатор, така че десетичната запетая и дробните части за някои честоти на дискретизация на входния сигнал са пропуснати. При възникване на грешка при четене на входни данни (ERF сигналът е активен), на дисплея се появяват две чертички. Поради разположението на дисплея на отделна печатна платка е удобно да се монтира на всяко подходящо място зад предния панел на устройството.
Информация относно тактова честотана входния сигнал се използва не само за индикация, но и за управление на граничната честота на изходните аналогови филтри на DAC.
Сигналът за наличието на предварителни изкривявания в записа от изхода на приемника се подава към цифров филтър. Няма индикация за този режим, тъй като компактдискове с такива записи са доста редки. Но тъй като те се случват, този DAC има способността да обработва всякакви предварителни изкривявания и обработването им в цифров филтър елиминира необходимостта от превключване на допълнителни RC вериги в аналогов филтър.
Следва продължение...
Статията е подготвена въз основа на материали от списание Elector,
безплатен превод на главния редактор "Радио вестници".
Най-простият цифрово-аналогов преобразувател (DAC) е еднобитов преобразувател. Един прост ограничителен усилвател може да служи като такъв DAC, който може да се използва като. CMOS технологията е особено подходяща, тъй като при тази технология изходните токове на единица и нула са равни. такъв цифрово-аналогов преобразувател е показан на фигура 1.
Фигура 1. Схематична диаграма на еднобитов цифрово-аналогов преобразувател (DAC)
Еднобитов ЦАП преобразува знака на число в аналогова форма. За цифрово-аналогово преобразуване при много висока честота на дискретизация, многократно по-висока от честотата на Котелников, такъв преобразувател е напълно достатъчен, но в повечето случаи висококачественото цифрово-аналогово преобразуване изисква повече битове. Известно е, че двоично число се описва със следната формула:
(1)За да преобразувате цифров двоичен код в напрежение, можете да използвате тази формула директно, тоест да използвате аналогов суматор. Токовете ще се задават с помощта на резистори. Ако резисторите се различават един от друг два пъти, тогава токовете също ще се подчиняват на двоичния закон, както е показано във формула (1). Ако на изхода на регистъра присъства логическа единица, тогава тя ще бъде преобразувана в ток, съответстващ на двоична цифра с помощта на резистор. В този случай напрежението ще работи като цифрово-аналогов преобразувател. Схемата на ЦАП, работещ по описания принцип, е показана на фигура 2.
Фигура 2. Схематична диаграма на четирибитов цифрово-аналогов преобразувател със сумиране на тегловни токове
Във веригата, показана на фигура 2, потенциалът на втория изход е нула. Това се осигурява от паралелна отрицателна обратна връзка, която намалява входния импеданс на операционния усилвател. Коефициентът на предаване се избира с помощта на резистор, свързан от изхода към входа на операционния усилвател. Ако се изисква единично усилване, тогава това съпротивление трябва да бъде равно на паралелното съпротивление на всички резистори, свързани към изходите на паралелния регистър. В описаното устройство токът от нисък порядък ще бъде осем пъти по-малък от тока от висок порядък. За да се намали влиянието на входните токове на реален операционен усилвател, между неговия неинвертиращ вход и общия проводник се свързва резистор със съпротивление, равно на паралелното свързване на всички останали резистори.
Като се има предвид, че на изхода на всички битове на регистъра има или нулево напрежение, или равно на захранващото напрежение, напрежението на изхода на операционния усилвател ще работи в диапазона от нула до минус захранващото напрежение. Това не винаги е удобно. Ако искате устройството да работи от един източник на захранване, тогава трябва да го промените малко. За целта прилагаме напрежение, равно на половината от захранването към неинвертиращия вход на операционния усилвател. Може да се получи от резистивен делител на напрежение. Нулев ток и единичен ток на изходния етап на регистъра в нова схематрябва да съвпада. Тогава на изхода на операционния усилвател напрежението ще варира в диапазона от нула до захранващото напрежение. Диаграма на цифрово-аналогов преобразувател с едно захранване е показана на фигура 3.
Фигура 3. D/A преобразувател с едно захранване
В схемата, показана на фигура 3, стабилността на изходния ток и напрежение се осигурява от стабилността на захранващото напрежение на паралелния регистър. Обикновено обаче захранващото напрежение на цифровите схеми е много шумно. Този шум ще присъства и в изходния сигнал. В многобитов цифрово-аналогов преобразувател това е нежелателно, така че неговите изходни ключове се захранват от много стабилен нисък шум. В момента такива микросхеми се произвеждат от редица компании. Примерите включват ADR4520 от Analog Devices или MAX6220_25 от Maxim Integrated.
При производството на многобитови цифрово-аналогови преобразуватели е необходимо да се произвеждат резистори с висока точност. Преди това се постигаше чрез резистори за лазерно регулиране. В момента като източници на ток обикновено не се използват резистори, а генератори на ток, базирани на транзистори с полеви ефекти. Използването на транзистори с полеви ефекти може значително да намали размера на DAC чипа. В този случай, за да се увеличи тока, транзисторите са свързани паралелно. Това позволява да се постигне висока точност на съответствието на токовете с бинарния закон ( аз 0 , 2аз 0 , 4аз 0 , 8аз 0 и т.н.). Висока скорост на преобразуване се постига с ниско съпротивление на натоварване. Схемата на преобразувателя на цифров код към изходния ток, работещ съгласно описания принцип, е показана на фигура 4.
Фигура 4. Вътрешна схема на ЦАП със сумиране на тока
Естествено, електронните ключове, показани на фигура 4, също са транзистори с полеви ефекти. Ако обаче ги покажете на диаграмата, тогава можете да се объркате къде е ключът и къде е генераторът на ток. Тъй като транзисторът с полеви ефекти може едновременно да работи като генератор на ток и електронен ключ, те често се комбинират и двоичният закон се формира, като се използва, както е показано на фигура 5.
Фигура 5. Вътрешна верига на ЦАП със сумиране на еднакви токове
Пример за IC, който използва решение за текуща сума, е AD7945 DAC. При него сумирането на токове се използва за формиране на най-значимите битове. За да работите с цифри от нисък порядък, . Обикновено се използва операционен усилвател за преобразуване на изходния ток в напрежение, но неговата скорост на нарастване оказва значително влияние върху скоростта на цифрово-аналоговия преобразувател като цяло. Следователно веригата на оп-усилвател DAC се използва само в приложения с висока честотна лента, като преобразуване на аудио или телевизионен сигнал.
Фигура 6. Напрежение на двоичен код на цифрово-аналогов преобразувател
Литература:
Заедно със статията "Цифрово-аналогови преобразуватели (DAC) със сумиране на токове" те гласят:
http://website/digital/R2R/
http://website/digital/sigmaadc.php
DAC- цифрово-аналогови преобразуватели - устройства, предназначени за преобразуване на дискретен (цифров) сигнал в непрекъснат (аналогов) сигнал. Преобразуването се извършва пропорционално на двоичния код на сигнала.
DAC класификация
По вид на изходния сигнал: с токов изход и изход за напрежение;
По тип цифров интерфейс: с последователно въвеждане и с паралелно въвеждане на входния код;
По броя на DAC на чип: едноканални и многоканални;
По скорост: умерена скорост и висока скорост.
Основните параметри на DAC:
1. N - битова дълбочина.
2. Максимален изходен ток.
4. Стойността на еталонното напрежение.
5. Резолюция.
6. Контролни нива на напрежение (TTL или CMOS).
7. Грешки при преобразуване (грешка при нулево отместване на изхода, абсолютна грешка при преобразуване, нелинейност на преобразуването, диференциална нелинейност). 8. Време за преобразуване - времевият интервал от момента на представяне (подаване) на кода до момента на поява на изходния сигнал.
9. Аналогово време за установяване
Основните елементи на DAC са:
В ИС могат да бъдат вградени резистивни матрици (набор от делители с определена TCS, с определено отклонение от 2%, 5% или по-малко);
Ключове (на биполярни или MOSFET);
Източник на референтно напрежение.
Основни схеми за изграждане на ЦАП.
21. ADC Общи положения. Честота на вземане на проби. ADC класификация. Принципът на работа на АЦП с паралелно действие.
Според бързодействието на АЦП се делят на:
1. АЦП с паралелно преобразуване (паралелни АЦП) са високоскоростни АЦП, имат сложно хардуерно използване на единици GHz разделителна способност N = 8-12 бита, Fg = десетки MHz
2. ADC на последователно приближение (последователно броене) до 10 MHz Разделителна способност N = 10-16 бита, Fg = десетки kHz
3. Интегриране на ADC стотици Hz резолюция N = 16-24 бита, Fg = десетки
4. Сигма-делта ADC единици с MHz резолюция N = 16-24 бита, Fg = стотици Hz
22. ADC за серийно броене. Принцип на работа.
23. ADC на последователни приближения. Принцип на работа.
Този код от изхода на RPP се подава към DAC, който извежда съответното напрежение 3/4Uinmax, което се сравнява с Uin (на SS) и резултатът се записва в същия бит от четвъртия тактов импулс. След това процесът продължава, докато всички битове бъдат анализирани.
Време за преобразуване на SAR ADC:
tpr = 2nTG, където TG е периодът на повторение на импулса на генератора; n - битова дълбочина на ADC.
Тези ADC са по-бавни от паралелните ADC, но са по-евтини и консумират по-малко енергия. Пример: 1113PV1.
24. Принципът на действие на АЦП от интегриращ тип.
Принципът на работа на интегриращия ADC се основава на два основни принципа:
1. Преобразуване на входното напрежение в честота или продължителност (време) на импулсите
Uin → f (VFC - преобразувател напрежение-честота)
2. Преобразуване на честота или продължителност (време) в цифров код
f → N; Т → Н.
Основната грешка се въвежда от VLF.
ADC от този тип извършват преобразуването на два етапа.
В първата стъпка входният аналогов сигнал се интегрира и тази интегрирана стойност се преобразува в импулсна поредица. Честотата на повторение на импулсите в тази последователност или тяхната продължителност се модулира от интегрираната стойност на входния сигнал.
На втория етап тази последователност от импулси се преобразува в цифров код - измерва се неговата честота или продължителност на импулса.
