Поиск

USB Аудио-Кодек с S/PDIF входом-выходом на PCM2902

По материалам от Elektor Electronics, адаптированный перевод Yooree

Конструктор: T. Giesberts

 Конструкцию на PCM2902 можно считать маленькой внешней звуковой картой. Она востребована в первую очередь теми пользователями, которые желают иметь несложное аудиоустройство с подключением через USB порт.

ЦАП на PCM2902

И описываемое устройство действительно подходит для этих целей, причем его схема не намного сложнее, чем схема некого USB Аудио ЦАП.

Создать обсуждение статьи на форуме

yooree

Автор: yooree

   При более близком знакомстве с чипом становится ясно, что он родом из того же семейства, к которому принадлежит небезызвестный PCM2702.
  В то же время, в дополнение к лучшим особенностям семейства ЦАП PCM27xx здесь добавлены S/PDIF вход-выход и линейный аналоговый вход с последующим встроенным АЦП. Если на аналоговый и цифровые входы сигналы будут поданы одновременно, кодек отдаст предпочтение цифровому источнику.
  Так же как и 2702, PCM2902 обеспечивает приличное качество кондиционирования сигнала. Несмотря на сложную внутреннюю структуру PCM2902 схема включения остается достаточно простой.

USB Аудио-Кодек с S/PDIF входом-выходом на PCM2902

  Кроме самого чипа требуется еще горсточка пассивных компонентов, один транзистор, один стабилизатор, пара ОУ и по одному входному и выходному оптическому модулю.

  Кодек может питаться от +5В пина через USB порт. Дроссели L1 и L2 желательно расположить на плате вблизи USB розетки.

 Входное устройство

  Входное устройство как это ясно из схемы, представляет собой простейший аттенюатор на два уровня с разной чувствительностью. Установив джамперы в положение HI, задействуем входной делитель и снизим амплитуду входного сигнала.

  Если это не требуется – установим джамперы в положение LO. Кроме того, на входе можно установить механический сдвоенный потенциометр и регулировать чувствительность с его помощью. При указанных по схеме номиналах делителя предполагаемый уровень входного сигнала около 2В.

Конденсаторы С2 и С3 выполняют разделительную функцию. Для обеспечения наилучшего качества аналого-цифрового конвертирования рекомендуется питать пин VCCCI от отдельного стабилизатора с выходным напряжением 3,3В. Использовавшийся на макете тип - LE33CZ от STM в корпусе TO92. Понятное дело, что любой другой приличный 3,3В стабилизатор справится с этой работой не менее успешно. Добавление диода в земляную цепь стабилизатора поднимает напряжение на выходе стабилизатора до 3,5В, что минимизирует искажения АЦП.

  Для достижения наилучшего звука в качестве С1 и С2 рекомендуются конденсаторы серии MKT от Siemens или аналогичные. Т.к. сейчас Siemens уже таким производством не занимается, согласно “данным разведки” их MKT были с лавсановым диэлектриком, нечто типа наших К73-17/К73-16, либо современных МКТ от WIMA и EPCOS.

  Как говорилось выше, 2902 напоминает по своей структуре и показателям PCM2702 и тоже имеет встроенный первичный фильтр с частотой среза около 250 кГц. И как для некого другого дельта-сигма ЦАП ему так же необходим пост-фильтр (LPF)
  В данной схеме используется фильтр Баттерворта третьего порядка с частотой среза 28 кГц. Коэффициент передачи активного фильтра несколько больше 1.

  Согласно схемы, пост-фильты, (они же выходные буферы) питаются все от того же источника +5В через USB порт. При этом заявляется уровень сигнала на выходе около 1В амплитудного. В качестве выходных разделительных емкостей (опять же) рекомендуются пленочники MKT типа. Рекомендуемые ОУ в конструкции - OPA2553. ( мое примеч. - несомненно, вместо них можно использовать те ОУ к которым больше лежит душа :) )

  Не рекомендуется игнорировать установку R15 и R22, они обеспечивают правильную работу выходных разделительных емкостей (поляризация). Остальные конденсаторы в пост-фильтре обеспечивают саму фильтрацию и блокируют ВЧ наводки.

Немного подробностей по S/PDIF входу-выходу 

  Как это показано на схеме, в ее состав включены известные Toslink модули, из них TORX173 отвечает за цифровой вход, TOTX173 – за цифровой выход. Соответствующие пины модулей непосредственно связаны с соответствующими пинами PCM2902, питание через сглаживающие цепи поступает от общего источника +5В.

  PCM2902 имеет интересный собственный контроль за уровнем громкости HID (Human Interface Device), установив на место JP3, JP4 и JP5 тактильные кнопки можно управлять режимами ТИХО, ГРОМКОСТЬ + и ГРОМКОСТЬ – , соответственно, что исключает необходимость двигать ползунки в микшере на ПК.

  Инсталляция драйвера для кодека на ПК (работает начиная с древней как птеродактиль ОС Windows 98 и выше) практически не отличается от установки драйверов для других ЦАП работающих по USB. Разве что еще в списке менеджера устройств добавляется контрольное HID устройство.

USB Аудио-Кодек с S/PDIF входом-выходом на PCM2902

  Светодиодный индикатор на D1 сигнализирует состояние “временно вне работы”.

 

  Список компонентов  

  Резисторы:
   R1, R3 = 6,49 кОм
   R2, R4 = 3,92 кОм
   R5 = 4шт. все по 1,5 кОм
   R6, R7 = 22 Ом
   R8 = 1MОм
   R9, R16 = 5,76 кОм
   R10, R17 = 6,81 кОм
   R11, R18 = 6,65 кОм
   R12, R19 = 20 кОм
   R13, R20 = 10 кОм
   R14, R21 = 100 Ом
   R15, R22, R25 = 100 кОм
   R23 = 4,7 Ом
   R24 = 8, 2 кОм
   R26 = 33 кОм
   R27 = 1,5 кОм

  Конденсаторы:
   C1, C2, C14, C21 = 3,3 мкФ х 50В, тип - MKT.
   C3, C4 = 22 пФ
   C5, C12, C13 = 10 мкФ х 63В
   C6, C23, C24, C28 = 0,1мкФ х 50В однослойная керамика.
   C7, C8 = 33пФ
   C9, C16 = 0,15 мкФ пленка.
   C10, C17 = 1000 пФ пленка.
   C11, C18 = 470 пФ пленка.
   C15, C22 = 47 пФ
   C19, C20, C25, C26 = 1 мкФ х 50В 
   C27 = 100 мкФ х 10В

  По конденсаторам рекомендуем прочитать отдельную статью на нашем портале.


  Дроссели:
   L1, L2 = BLM31A601S, SMD корпус 1206
   L3, L4 = 47µH

  Полупроводники:
   D1 = красный светодиод, типа отеч. АЛ307, или просто ультраяркий.
   T1 = BC557B
   IC1 = PCM2902 
   IC2 = OPA2353UA 
   IC3 = TORX173 
   IC4 = TOTX173 
   IC5 = LE33CZ (ST)

  Другое:
   K1, K2 = 3.5mm стерео гнездо
   K3 = USB розетка
   X1 = кварц 12 MHz (C load = 30pF)

Характеристики при VBUS= 4.84 V, VCCCI = 3.5 V:
ЦАП 
Потребляемый ток (прим.) - 90 мA
Номинальное выходное напряжение - (0 dB) 1,1В RMS
Верхний предел диапазона - (-3 dB) 22.7 kHz (fs = 48 kHz)
Частота среза пост-фильтра - 28 kHz
Выходное сопротивление – 100 Ом
Отношение сигнал/шум > 95 dBA
КНИ + шум - (1 kHz) 0.005% (B = 22 kHz)
Разделение каналов > 99 dB (1 kHz), при > 76 dB (20 kHz)
АЦП 
Уровень входного сигнала по LO - 0,75В, по HI - 2,1В
Входное сопротивление - 7,7 кОм (LO),  10 кОм (HI)
КНИ + шум - (1 kHz, -0,5 dBFS) 0.01% (B = 22 kHz)
Разделение каналов > 73 dB (1 kHz), при > 47 dB (20 kHz)

  Мысли в заключение (от переводчика :) )

- наверняка 2902 не станет вровень с PCM2702 по качеству звука, но что-то приближенное должно быть.
- в схеме частично используются точные резисторы. При использовании близких номиналов с бОльшей погрешностью несколько изменится добротность пост-фильтра и частота среза.
- несколько смущает “доставаемость” модулей TORX173 и TOTX173 и предполагаемая стоимость Toslink кабеля.
- по возможности желательно отказаться от бортового питания, не пожалеть средств на отдельный БП и на пару-тройку интегральных стабилизаторов.
- для ОУ пост-фильтра тоже хорошо бы организовать отдельный, двухполярный источник. К слову, этот вариант по Баттерворту предполагает неинвертирующее включение, каскад обладает достаточно высоким входным сопротивлением и это есть хорошо. Лично собирал и опробовал такой пост-фильтр, только на входе был не ЦАП. И чип был другой, само-собой smile
- в сети не видел готовой разведенной платы в .lay под эту схему (может, плохо искал), тому, кто решит повторять конструкцию, придется немного потрудиться.
- и наконец, еще можно попробовать Баттерворт-Саллен-Ки фильтр четвертого порядка с частотой среза повыше, около 50 кГц. Пример скопипастил откуда-то…

USB Аудио-Кодек с S/PDIF входом-выходом на PCM2902

  Конечно, в статье не описаны буквально все подробности. При необходимости можно проштудировать журнальную статью в оригинале и/или посовещаться по нужным моментам на нашем форуме.

 


Обсуждение статьи на форуме

Опубликовано: 30.06.10 | Просмотров: 24780 | [ + ]   [ - ]   | Печать


© DiyAudio Team, 2010-2012
Все материалы ресурса защищены законом об авторском праве.
При публичном использовании, цитировании или копировании обязательна ссылка на наш ресурс
с указанием конкретного имени или ника автора материала.

Рейтинг@Mail.ru
radionet