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. 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

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.

  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.

  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
- 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…

  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