Самодельные цапы. Собираем качественный ЦАП уровня hi-end из недорогого набора. Не хочешь думать головой - работай руками

Администрация портала сайт извиняется за задержку публикации статьи. Слишком много накопилось работы по форуму, да и банальная бытовуха затягивала все сильнее. Обещаем свести все задержки публикации статей и прочих материалов к минимуму. В начале хочется поблагодарить: Юрия (yooree ) за предоставленную возможность сделать этот ЦАП Дмитрия (Lynx )за то, что я все таки сделал этот ЦАП и за его философию «инженерной эстетики» Всем коллегам и создателям клуба DiyAudio, за доброе отношение. Почему котенок? Есть тигр, лев, пантера, нет лучше Рысь, сильная, мощная быстрая, грациозная, красивая, это придел мечтаний, а есть котенок, маленький, глупенький, но уже с характером и он тоже из семейства кошачьих, рысью вряд ли когда нибудь станет, но будет стараться не ударить в грязь ли... простите, мордочкой перед своими соплеменниками. Почему черный? Плата должна была быть черной, но сделали зеленую, ну не называть же зеленый котенок:), это как то противоестественно, вот и остался черный котенок зеленого цвета.

Писать статьи я не умею с детства, по этому не судите строго, а я постараюсь не растекаться мыслью по окрестным, горизонтальным поверхностям. С чего все началось, со многим известного сайта, имя которого не принято называть и конструкции, которую не принято обсуждать, желание стать ее обладателем придавила, в зародыше, своей мокрой лапкой земноводная подруга. Сам, все сам.

И вот, у меня лежит пяток мелких «таракашек» и зуд в лапках и восторг от победы, моего разума над моими сомнениями и так пять раз. Прошел год, пора двигаться дальше. Изучив на Веге, ветку посвященную Цапострою, поразился многообразию схем и решений. Все, мне нужен новый ЦАП! Какой! КЛАССНЫЙ! Остальное придумаю по ходу. Меня обуяла жажда нового девайса! С этого момента, пропал сон и аппетит! На DiyAudio, зашел случайно, а попав в чиповую лавку Юрия, поразился ценам, обилию, разнообразию.

К сожалению, когда делал выбор, еще не имел полного представления о том, что я хочу, а что действительно хотел не было в наличии. Раз семь, наверное, поменял позиции своего заказа, чем видимо довел Юрия до полного "экстаза", но в итоге заказ был оформлен, утвержден, сформирован, оплачен и отослан, кроме того, мне сделали отличный подарок, за что еще раз огромное, Юрию Спасибо!

Не теряя времени, пока идет посылка, решил заняться схемой и платой. Первоначально у меня была идея, сделать, отдельной платой ресивер, отдельно плату с ЦАП и отдельно выхлоп, те по всякому прямая выгода, проще настроить самостоятельные узлы, можно оперативно заменить любой модуль, и прослушать великое множество комбинаций, но вот червячок, маленький такой, сомнений оставался, с этим черв..., простите с со своими сомнениями я и обратился к Дмитрию. На свои сумбурные вопросы, получил очень развернутый и обстоятельный ответ, честно говоря, был приятно удивлен таким отношением, к совершенно постороннему человеку. Боже как сейчас мне стыдно, за то невежество и тот детский лепет, что я пытался сформулировать в своем первом послании.

С конструкцией разобрался — моноблочная. Двигаемся дальше. Что у меня лучше всего получается, так это всех доставать, своими вопросами. На очереди методика расчета ФНЧ. Нет мне не достаточно программ, мне нужно разобраться самому, в итоге изведя с пол пачки пищей бумаги я в конце концов получив результаты совпадающие с результатами программ, и в очередной раз поняв, что разум великая сила, родилась еще одна программка, для расчета фильтра, но так сказать, для внутреннего потребления. Все это в прочем, как и продолжение, рождения аналоговой части схемы ЦАП, можно проследить на страницах, соответствующей ветки форума . Вся цифровая часть делалась под диктовку Даташитов, с оглядкой на конструкции чужих схем, ну и как водиться, все интересное, пригодилось и мне.

Ну а теперь, то с чего следовало бы начать, Цели и Задачи, которые я перед собой ставил:

• сделать качественный ЦАП, доступный по цене
• без дефицитных комплектующих
• с двумя интерфейсами S/PDIF и TOSLINK
• самодостаточный как отдельное устройство.

Мне кажется, что задумка удалась. Конструктивно, ЦАП состоит из двух плат, первая плата, собственно сам ЦАП, ресивер, преобразователи U/I, ФНЧ и преобразователи питания каждого потребителя. На второй плате расположились, выпрямители, предварительные преобразователи питания и конденсаторы. По здравому размышлению, свой вариант, второй платы, решил не выкладывать, у каждого свои начальные условия (трансформаторы, радиаторы, конденсаторы, диоды), но общие рекомендации, лучше всего посмотреть в статьях Дмитрия(Lynx), посвященных его уникальным конструкциям. В цифровой части применены SMD резисторы типоразмера 0603, в аналоговой MELF резисторы 0204, пленочные конденсаторы WIMA FKP2, электролиты на плате ЦАП Panasonic и Nichkon, разделительный трансформатор самодельный 2 обмотки по 25 витков, витой парой из разобранного UTP кабеля, на ферритовом кольце(родословная данного кольца не установлена).

Схемы.

Схема блока питания:

Схема выходного каскада:

Схема приемника сигнала:

Схема включения PCM1794:

Порядок сборки.

Вот так выглядят заводские печатные платы.

Сначала паяем всю SMD мелочевку (резисторы, конденсаторы, диоды) на нижней стороне платы, особенно тщательно, распаиваем стабилизаторы, проверяя цепи питания на обрыв и замыкания, перевернув плату распаиваем все SMD элементы с верхней стороны (Внимание! Не забывайте про ферритовую бусину, между аналоговой и цифровой землей), после этого все электролиты, разъемы и так же тщательно проверяя все цепи преобразователи двухполярного питания аналоговый части ЦАП. Теперь, последовательно, подавая напряжения на преобразователи проверяем, что мы имеем на выходе с них и то, что нужные напряжения приходят на соответствующие контакты, в общем туда куда они должны идти проверяя по схеме.

Затем запаиваем SN75176, и проверяем прохождение сигнала, не забыв подать питание на плату ЦАП и ответственно сам сигнал, если, что то не так в первую очередь проверьте правильность монтажа трансформатора, я таки умудрился перепутать выводы. Далее распаиваем пленочные конденсаторы, еще одна проверка на КЗ и обрывы. Запаиваем, все, что осталось, проверяем, то что запаяли, устанавливаем джамперы в требуемую конфигурацию, крестимся и подаем питание.

Последняя операция, установить ноль постоянного напряжения, покрутив подстроечные сопротивления. Если все сделано правильно, остается подать сигнал на вход и снять звуковой сигнал на выходе. Немного о звуке, понятно, что все это субъективно.

Устроил небольшое испытание. В процесс тестирования было включено все, что есть в доме или у знакомых(CD, DVD, HD-плеера, ЦАП2705, ЦАП2702(Кит, приобретен на том самом сайте)). Звук с тестового CD от Dynaudio, спасибо Сергею (das). После прослушивания Котенка, все что слушалось, попутно, явно проигрывало, Особенно удивил Провал двух младших ЦАП, понятно, на то они и младшие, но что бы настолько...

Три дня после Нового года, просто вычеркнуты из жизни, с утра включал ЦАП и вечером выключал, такого желания просто сидеть и слушать у меня не было очень давно. Резюмируя высказывания всех кто послушал, звук напористый, верха прозрачные, середина разборчивая и четкая, а низы... бери нож нарезай и накладывай на тарелку, но лишних нет. Не знаю, как будет вести себя ЦАП на фоне более серьезных соперников, но, то, что я получил сейчас, меня очень радует и я счастлив. Теперь небольшие разночтения. Выложенные в статье схема и платы, отличаются от тех, что в итоге получились у меня.

Отличие в схеме, только в типе используемых преобразователей, а выложенная, плата в варианте, для приготовления ее в домашних условиях. Сразу предупреждаю, что в живую проверять я ее не стал. Следуя общим советам, для себя заказал плату на производстве, дорого оно конечно, но удовольствие от сборки и эстетика конечного результата с лихвой все компенсируют. Естественно, что мой, крайний вариант, полностью переработан под промышленное производство и достаточно сильно отличается по дизайну.

P.S. На сегодняшний день собрано три экземпляра Котенка, повторяемость, 100%, при аккуратном монтаже, согласно вышеприведенной инструкции, вся настройка сводилась только к установке 0 постоянного напряжения на выходе. Различия в звучании, последователей, по сравнению с первом экземпляром, если и были, то на слух уловить их не удалось.

Файлы для статьи:

• Печатная плата в формате Sprint-Layout. Black Kitty

ЦАП – цифро-аналоговые преобразователи – устройства, предназначенные для преобразования дискретного (цифрового) сигнала в непрерывный (аналоговый) сигнал. Преобразование производится пропорционально двоичному коду сигнала.

Классификация ЦАП

По виду выходного сигнала : с токовым выходом и выходом в виде напряжения;

По типу цифрового интерфейса : с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода;

По числу ЦАП на кристалле : одноканальные и многоканальные;

По быстродействию : умеренного быстродействия и высокого быстродействия.

Основные параметры ЦАП:

1. N – разрядность.

2. Максимальный выходной ток.

4. Величина опорного напряжения.

5. Разрешающая способность.

6. Уровни управляющего напряжения (ТТЛ или КМОП).

7. Погрешности преобразования (погрешность смещения нуля на выходе, абсолютная погрешность преобразования, нелинейность преобразования, дифференциальная нелинейность). 8. Время преобразования – интервал времени с момента предъявления (подачи) кода до момента появления выходного сигнала.

9. Время установления аналогового сигнала

Основными элементами ЦАП служат:

Резистивные матрицы (набор делителей с определенным ТКС, с определенным отклонением 2%, 5% и менее) могут быть встроены в ИМС;

Ключи (на биполярных или МОП-транзисторах);

Источник опорного напряжения.

Основные схемы построения ЦАП.

21. Ацп. Общие положения. Частота дискретизации. Классификация ацп. Принцип работы ацп параллельного действия.

По быстродействию АЦП делят на:

1. АЦП параллельного преобразования (параллельные АЦП) – быстродействующие АЦП, имеют сложное аппаратное использование единицы ГГц.разрешение N = 8-12 бит, Fg = десятки МГц

2. АЦП последовательного приближения (последовательного счета) до 10МГц.разрешение N = 10-16 бит, Fg = десятки кГц

3. Интегрирующие АЦП сотни Гц.разрешение N = 16-24 бит, Fg = десятки

4. Сигма-дельта АЦП единицы МГц.разрешение N = 16-24 бит, Fg = сотни Гц

22. Ацп последовательного счета. Принцип действия.

23. АЦП последовательных приближений. Принцип действия.

Этот код с выхода РПП подается на ЦАП, который выдает соответствующее напряжение 3/4Uвхmах, которое сравнивается с Uвх (на СС) и результат записывается в тот же разряд четвертым тактовым импульсом. Далее процесс продолжается до тех пор, пока не будут проанализированы все разряды.

Время преобразования АЦП последовательного приближения:

tпр = 2nTG, где TG – период следования импульсов генератора; n – разрядность АЦП.

Такие АЦП уступают по быстродействию АЦП параллельного типа, однако они более дешевые и потребляют меньшую мощность. Пример: 1113ПВ1.

24. Принцип работы ацп интегрирующего типа.

В основе принципа работы интегрирующего АЦП лежат два основных принципа:

1. Преобразование входного напряжения в частоту или в длительность (время) импульсов

Uвх → f (ПНЧ – преобразователь напряжение-частота)

2. Преобразование частоты или длительности (времени) в цифровой код

f → N; T→ N.

Основную погрешность вносят ПНЧ.

АЦП данного типа осуществляют преобразование в два этапа.

На первом этапе входной аналоговый сигнал интегрируетися и это проинтегрированное значение преобразуется в импульсную последовательность. Частота следования импульсов в этой последовательности или их длительность бывает промодулирована проинтегрированным значением входного сигнала.

На втором этапе эта последовательность импульсов преобразуется в цифровой код - измеряется ее частота или длительность импульсов.

Всем привет. Сегодня хочу поговорить о достаточно неплохом USB ЦАПе начального уровня.

Данное устройство должно заинтересовать следующие категории людей:

1) Пользователи ноутбуков и стационарников с вышедшей из строя встроенной аудио картой.

2) Пользователи ноутбуков, производитель которых не полностью добавил поддержку Windows 10.
Это как раз мой случай, подробнее:

Раскрыть пояснение

На работе выдали «новый» б/у ноутбук, в замен моего Lenovo T420 который работал на Windows 7 и находился в очень хорошем состоянии, но не совместимый с Windows 10, на который компания решила перейти полностью, по ряду соображений (официально из-за безопасности, но понятно что тут ещё фактор поддержки и совместимости сыграл роль, не только со стороны Microsoft).

Выдали мне HP Revolve 810, который вроде бы совместим с Windows 10. Всё вроде бы есть, но официального драйвера именно на звуковуху нет! Так как аудио достаточно редкое, фирма IDT:
HDAUDIO\FUNC_01&VEN_111D&DEV_76E0&SUBSYS_103C21B3&REV_1003
(такие чипы ещё любил ставить Intel на свои матерински), дрова найти особо негде.

На форуме HP наткнулся на ссылку на совместимый драйвер от такого же пользователя как и я, при этом он говорит что драйвер кривоват…
Так как драйвер взят непонятно где, да и ещё не ясно насколько хорошо работает, решил не ставить его на рабочий ноут, и пришлось мне довольствоваться стандартным виндовым драйвером.

Как показала практика, пользоваться стандартным, автоматически установленным драйвером на аудио можно, но звук будет похуже, чем мог бы быть с драйвером.
Если у вас настольная плата, то при эксплуатации такого драйвера могут возникунть проблемы с работоспособностью линейного входа, а так же с другими функциями. Кроме того, при работе на «стандартном» драйвере нет эквалайзера, который, в прочем, можно покрутить например при использовании foobar2000.
После Lenovo T420, на тех же наушниках, звук меня не устроил. Да вроде играет, да вроде без искажений, но музыку не очень хочется слушать из-за того что она подаётся как то сухо, без прежнего эмоционального окраса что ли.

3) Как альтернативная аудио карта на портативных устройствах под управлением Android (условно называю аудио картой, так как на сабже нет микрофонного входа, привычного для такой категории устройств). По поводу IOS не могу сказать, возможно там тоже заведётся.

4) Пользователей прочих устройств у которых нет аудио на борту, и на которых имеется совместимая ОС.

Ранее, на данном сайте уже рассматривались похожие устройства, но в таком исполнении я не нашёл, посмотрев среди ранее обозреваемых.

Сразу же отмечу, что есть более доступный аналог этого ЦАПа:
, стоимостью примерно в 2 раза ниже, но и качество изготовления с материалами там похуже… Думал купить её для сравнения, но пока не стал, так как в любом случае буду переделывать выход (а это лишнее время), и пока не наигрался с первым ЦАП-ом.

На Aliexpress, к слову, цапы на PCM2704 раза в 2 дороже, и есть там в основном «большие» варианты, те которые с оптическим выходом и RCA.

Перейдём к обозреваемому ЦАП-у
Плата выполнена очень качественно. Текстолит очень толстый, пайка достаточно аккуратная, флюс отмыт. Выглядит платка весьма симпатично, но лучше, всё же, что бы она была в корпусе. Производитель не по жадничал и поставил танталовые конденсаторы в выходной фильтр. Смотрите сами:

Эксплуатация и впечатления о работе.
Начать работать с ЦАП-ом очень просто. Ручная установка каких либо драйверов не требуется. Под Windows XP/7/10 драйвер подхватывался автоматически.

В отличии от встроенного аудио, ЦАП играет ощутимо громче, при том же уровне громкости. Играет достаточно качественно, немного лучше чем встроенное в мой ноутбук аудио, но разница не особо ощутима, на уровне погрешности.

Со слов коллеги, с ноутбуком Lenovo, которому повезло с наличием realtek (и соответственно полноценных дров под десятку), на его ноутбуке встройка поинтересней данного ЦАПа.

Лично на мой взгляд, сабжу не хватает «мясца» (почерпнул эту достаточно подходящую аллегорию на каком то «аудио форуме») и детализации, по крайней мере при использовании наушников с импедансом 32Ом.

Наушнички у меня так себе, но и не самый шлак:

Это Pioneer SE-MJ21.

Специально для тестов, с большой скидкой были приобретены дополнительные наушники, адаптированные для портативной техники, в том числе заточенные для техники от производителя яблочной продукции:

В этих наушниках, видимо из-за высокой чувствительности, ЦАП орёт ещё сильнее, звук более приятен и интересен если слушать звук на той же громкости что и в предыдущих наушниках, но не особо сильно.

Видимо сказывается низкая мощность встроенного в PCM2704C усилителя и достаточно большие искажения при работе на 32Ом нагрузку. Сам ЦАП по аудиофильским меркам так себе, что подтверждается в параметрах из даташита.
Более «крутого» ЦАПа у меня сейчас нет, что бы сравнить их в лоб.

Я не отношу себя к аудиофилам, но всё же, зачастую их слова не лишены смысла, даже если они расходятся с данными из документации, но такое судя по всему редкое событие.
Как я уже отметил, сабж построен на PCM2704C , так же есть более старая версия чипа PCM2704, без приставки «C», который TI не рекомендует для новых проектов. Насколько я понял при достаточно поверхностном изучении даташита, особых отличий между чипами нет, распиновка и характеристики одинаковые.

Работа под Android:
Под Android ЦАП работает, определяется телефоном в течении секунд 5 и дальше понеслась.
Я провел лишь беглое тестирование, опробовав пару плееров. Все они, звук через ЦАП воспроизводят, но не могут управлять громкостью, поэтому громкость на максимуме.
Нужно покопаться ещё в настройках, но сделать это я сейчас не могу, так как тестировал бегло, на чужих смартфонах, из-за того что мой красный рис «кончился» около двух недель назад, а почта России морозит посылку в Москве уже неделю, сил моих нет больше тянуть с обзором)). Позже думаю дополню обзор или выпущу отдельную заметку под Android, с примечанием о регулировке звука.

Под Linux не проверял работоспособность, но работать должно. Если кто то из муськовчан сильно заинтересован, то могу проверить.

Дело было вечером, делать было нечего… Кастомизация.

Решил городить простенький усилитель (тестовый макет, не более того) на доступных сдвоенных операционных усилителях, предназначенных для аудио, вдруг он «раскачает» выхлоп, подумал я.
Так получилось, что у меня таких микросхем было две, и обе разные. Одна NE5532P купленная в локальном чип и дипе за 15р, и OPA2134 купленная пару лет назад на taobao, походу настоящая).
Когда собирал усилитель, собрал сначала один канал, и несколько дней гонял его с разными ОУ, оперативно передёргивая их из заранее предусмотренной для этих целей панельки, прямо в ходе прослушивания. Звучание было разное, но об этом в другом разделе.

В «законченном проекте» (думаю всё только начинается, если мне не будет лень) использую две NE5532AP, из чип и дипа, они по 21р).

Получилось вот такое «творение», предназначенное для обкатки и тестов:

Здесь много длинных проводов, но это лишь в менее значимых частях схемы, вход сделан максимально коротким (кроме электролита) и в экране.

Один из каналов:

Здесь питание импульсное, от powerbank-а, одна из первых реализаций. Подробнее о питании ниже.

Схемотехника усилителя.
Так имеющийся миниджек (культурно сделанный) затерялся где то дома, было принято решение подпаяться к соответствующим ногам чипа для получения входного сигнала на усилитель.
Согласно документации, ноги 14-15 отвечают за вывод сигнала с ЦАП. Подпаивался к этим ногам с помощью относительно тонкого 50Ом антенного кабеля: . При этом, к самой ноге паял тонкий, медный лакированный провод, толщиной примерно 0.2мм (микрометра нету у меня, поэтому не могу точно сказать, да и не столь важно это) и уже им подпаивался к жиле кабеля. Экран кабеля паял на GND платы, который обнаружился между двумя керамическими конденсаторами, идентичными для каждого их каналов.

Сам усилитель основан на следующей, незамысловатой схеме включения сдвоенного ОУ в качестве усилителя для наушников, рассмотренного компанией BB (TI):


Схема взята от сюда:

На вход данной схемы была добавлена последовательная цепочка из резистора 4.7К и электролитического конденсатора 10мкФ. Конденсатор подключается плюсом к входному сигналу.
Так же, был добавлен резистор между не инвертирующим входом первого ОУ и землёй.

Вот итоговая схема:

Как паял и как настраивал.

Пару лет назад я паял предусилитель для динамического микрофона, и извлёк из этого кое какой опыт:
Во первых, если делается тестовый макет, в том числе с навесным монтажом, проводные соединения должны быть как можно короче и по возможности минимизированы. Расстояние между компонентами так же должно быть минимальным.
Слаботочные входные цепи должны быть экранированы и не должны пересекаться с питанием.
Всё это поможет снизить входной, собственный шум усилителя.

Первоначально, напаял переменных резисторов для тестирования входного фильтра и для подстройки коэффициента усиления, несмотря на то что обычно его задают заранее, а мощность уже регулируют переменным резистором, находящимся на входе, перед фильтром.
В конечном варианте макета, оставил лишь по переменнику 4.7К соединённому последовательно с резистором 3.3К, для каждого канала, в цепи задающий коэффициент усиления.
Кроме этого, пришлось повозиться с входным фильтром, в поисках оптимальных параметров. Здесь я подглядел в схему этого агрегата:
Нашёл в своих запасах около десятка разных конденсаторов. Это были бумажные, электролиты, плёночные и другие:

Конденсаторы

В итоге, понравилось звучание электролита 63V 10мкФ, перед которым был поставлен резистор 4.7К.

О питании

В данной схеме ОУ необходимо запитывать от двух полярного источника питания.
Необходим был преобразователь из одно полярного напряжения в двух полярное.
С Ebay, сейчас где то идёт специализированная микросхема для этих целей, но взята она была просто сравнить разницу с относительно нормальным двухполярным питанием (которое я планировал собрать сам), так как на данном сайте её успешно оттестировал Kirich и выявил что она «шумновата», что не есть гуд для аудио. Как приедет проверю и отпишусь.

В итоге, за основу была взята данная схема:

Итак, прежде всего, хочу выразить большую благодарность хорошему человеку (в целях конспирации не называю, кто это:)), который в рамках новогоднего проекта Кот-Мороз 2012 прислал мне подарок. Кроме прочих полезностей, внутри обнаружился чип PCM1794 от Burr-Brown. Здоровый интерес взял верх, и я, отложив в сторону все, чем занимался до этого, начал искать информацию о том, что это такое и с чем его едят. Выяснилось, что данный чип применяется для построения высококачественных цифро-аналоговых преобразователей, которые преобразуют цифровой аудио-поток в аналоговый аудио-сигнал с максимально возможным качеством. Также выяснилось, что подобные устройства от ведущих производителей (Cyrus, Cambridge Audio, Hegel и др.) стоят очень немалых денег, как и сам чип не дешевый. Интерес возрос вдвойне - за что аудио-маньяки и аудиофилы готовы отдавать бешеные деньги - за красивую оболочку и дизайн или все-таки за действительно качественный звук?

Данная область электроники для меня оказалась новой и, чтоб сильно не углубляться в дебри цифро-аналогового преобразования (как выяснилось потом, углубиться все-таки пришлось), решил сначала поискать в сети готовые самодельные конструкции ЦАП. Прежде всего, искал конструкции с применением имеющегося у меня чипа. Как выяснилось, данная тема активно развивается на разных форумах о качественном звуке (в частности - Вегалаб). Просмотрев несколько схем, отчаялся - так как, мне оказалось проблематично на территории Украины приобрести необходимые комплектующие. Но, как это часто бывает, чисто случайно наткнулся на один забугорный ресурс , где оказалось много конструкций ЦАП. Из описанных там отдельных модулей удалось собрать единую схему ЦАП, к которой нашлись комплектующие в доступных мне Интернет-магазинах и базах (пришлось заказывать из нескольких). Об этой конструкции и хочу рассказать.

Большинство современной аудио-аппаратуры имеет выход для передачи цифрового аудио-потока, именуемый S/PDIF. Также цифровой выход может присутствовать в звуковых картах для ПК и материнских платах. Есть он и в старых моделях компьютерных CD-ROM (с кнопками Плей/пауза, стоп, в некоторых моделях еще и с переключением треков).

Данный стандарт был разработан компаниями SONY и PHILIPS и расшифровывается как Sony / Philips Digital Interface . Является совокупностью спецификаций протокола низкого уровня и аппаратной реализации, описывающих передачу цифрового звука между различными компонентами аудиоаппаратуры. Цифровой сигнал может передаваться по коаксиальному 75-омному кабелю (выход обозначается COAX) или по оптоволоконному кабелю (выход обозначается TOSLINK или OPTICAL) (рис.1). Оптический выход обычно закрыт заглушкой.

Рис.1

Формат S/PDIF подразумевает передачу цифрових аудио сигналов от одного устройства к другому без процедуры преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука.

Схема.

Предварительно нарисовал блок-схему ЦАП (рис. 2):

Рис. 2 блок-схема ЦАП

S/PDIF to I2S receiver - это приемник/преобразователь цифрового аудио-потока из S/PDIF в двунаправленную асинхронную шину с последовательной передачей данныхI2S (Inter-IC Sound or Integrated Interchip Sound), может иметь в своем составе несколько цифровых входов, которые коммутируются программно или хардварно, цифровой фильтр, подавление джиттера, и еще много чего полезного. Данные из шины поступают, собственно в сам ЦАП (DAC), где и преобразуются в аудио-сигнал. Выход ЦАП - дифференциальный, токовый. Далее сигналы левого и правого каналов поступают в преобразователь ток/напряжение (I/U+ single-endedout) и после него - на выход устройства, которое имеет несимметричный заземленный выход. После него стерео-сигнал можно подавать на предварительный усилитель или усилитель мощности. Следует заметить, что усилитель мощности и акустика должны быть если не HI-END качества, то близкого к нему. Каждое из устройств этой блок-схемы имеет свой собственный высококачественный источник питания (особенно это касается аналоговой части). Это нужно для исключения взаимного проникновения помех, которые могут возникать при работе отдельных модулей устройства.

Согласно блок-схеме, в программном комплексе KiСad была нарисована принципиальная схема ЦАП(рис.з). Устройство имеет два цифровых входа: коаксиальный и оптический. Из коаксиального входа S/PDIFINPUTцифровой аудио-поток поступает через развязывающий трансформатор Т1 и конденсатор С47 на вход RXP0 (вывод 4) микросхемы декодера U9 CS8416, из оптического - через микросхему опто-приемника U10 и конденсатор С46 на вход RXP1(вывод 3) микросхемы U9. Таким образом имеем возможность подключить два источника цифрового аудио-сигнала. Входы RXP2 и RXP3 не используются и заземлены на корпус с помощью джамперов JP11 и JP12 (если вдруг входов окажется мало, то к ним аналогичным образом можно подключить еще два источника цифрового аудио-сигнала через развязывающий трансформатор или опто-приемник). Выбор цифрового входа осуществляется с помощью джамперов JP5 и JP6 (см. таблицу 1 ниже. В принципе, это не есть гуд, так как если устройство будет упаковано в корпус, то возникнут определенные неудобства с переключением входов. В таком случае или выводить джамперы на заднюю стенку, или пользоватся только одним входом. Пока оставил как есть).

Микросхема U9 CS8416 имеет последовательный цифровой выход аудио и широкие возможности управления как программно (по шине I2C) так и аппаратно, с помощью джамперов, подключенных к определенным ножкам микросхемы.

Рис.3 Принципиальная схема ЦАП

В данном случае реализован аппаратный метод управления. Для этого 26 ножка SDOUT микросхемы подключена через резистор R38 на корпус. В этом режиме функции чипа ограничены, но зато не требуется подключения внешнего управляющего контроллера. Микросхема IC2 - это супервизор питания для микросхемы декодера. С выхода микросхемы преобразованный цифровой аудио-поток через резисторы R27-R30 поступает в шину и, далее, в микросхему ЦАП ІС1, при этом имеется возможность выбрать джамперами JP8 и JP10 один из четырех форматов: 24-bit I2S, 24-bit right-justified, 24-bit, left-justified, Direct AES3. Джамперы JP1-JP4 служат для конфигурирования микросхемы ЦАП. С выхода ЦАП сигналы левого и правого каналов через преобразователи ток/напряжение на резисторах R7-R10 приходят на входы малошумящего операционного усилителя TL072 (U5)и далее, через токоограничивающие резисторы R19, R20 - на аудио-выход ЦАП.

Схема питается от блока питания, показанного на рис.4

Рис.4 Блок питания ЦАП

Блок питания построен с применением маломощных стабилизаторов с малым падением напряжения серии LE00 от ST. Стабилизаторы U6, U7, U8 питают микросхему декодера, U1, U2 - микросхему ЦАП, U3, U4 - операционный усилитель.

Этот ЦАП был собран исключительно ради эксперимента и для того, чтоб услышать как оно звучит (о прослушивании и впечатлениях ниже). Один мой коллега, услышав звук, издаваемый этим устройством, загорелся желанием собрать себе такой же, но чипа PCM1794 так и не удалось найти в продаже - только под заказ, и только с бешеными накрутками (в одном интернет-магазине цена под заказ была в районе 80$). Но не беда - в свободной продаже нашелся чип WM8740 от Wolfson - это также 24-битный ЦАП с частотой дискретизации до 192кГц, и почти на порядок дешевле. Эта микросхема успешно состыковалась с входной частью предыдущей схемы, в итоге имеем еще одну схему ЦАП:

Сборка и настройка

Оба ЦАП выполнены на печатных платах из двухстороннего стеклотекстолита - на одной стороне дорожки, на второй оставляем слой фольги в качестве экрана и соединяем его с общим проводом.

(Здесь на рисунках ПП видны артефакты преобразования - это результат вытягивания рисунка ПП из KiCad. В самом проекте KiCad файлы ПП нормальные)

Монтаж выполняем в такой последовательности: сначала собираем источники питания - впаиваем все диодные мосты, фильтрующие конденсаторы, стабилизаторы. Вместо стабилизаторов серии LE00 можно использовать стабилизаторы серий L78Lxx, UA78Lxx. Затем подключаем сетевой трансформатор. Трансформатор используется тороидальный мощностью 6 -10 Вт с напряжениями на вторичных обмотках 9В и 12Вх2 (Я когда заказывал эти трансформаторы - подходящего по мощности и напряжениям в наличии не оказалось. Пришлось заказывать два меньшей мощности и перематывать вторички на нужное напряжение. Это, кстати самая дорогостояща деталь в этой конструкции).

Далее включаем в сеть и проверяем напряжения на стабилизаторах согласно схеме. Если нет спецэффектов и все напряжения в норме, двигаемся дальше (спецэффекты могут быть, если неправильно впаять 79L12 - у них расположение выводов отличается от 78хх).

Собираем входную часть - впаиваем микросхему декодера CS8416 с обвязкой, входные цепи - входной трансформатор, оптический приемник с соответствующими элементами. Тут нужно сказать несколько слов о трансформаторе и оптическом приемнике. Погуглив примененные в (1) эти изделия, понял что приобрести их не удастся. Только под заказ и только по зверским ценам. Будем применять то, что удалось найти. Входной трансформатор был выдран из какой-то ВЧ платы made in USSR. Параметры его не определялись - был впаян как есть. Ориентировочно - это ферритовое кольцо типоразмера 10х6х6, скорее всего из ВЧ феррита. На нем намотаны две обмотки проводом 0,1мм в шелковой изоляции в количестве 15 - 20 витков каждая. Оптический приемник ищется в Интернет-магазинах по кодовому названию GQ-04 и стоит в районе 2$. Если вы попытаетесь найти какой-либо даташит на это произведение китайской промышленности, и даже если вам это удастся - не верьте! Во всем, что мне удалось найти неправильно указано расположение и цоколевка выводов, причем во всех по разному. Методом великого Научного Тыка было определено правильное подключение, - оно нарисовано во второй схеме ЦАП.

Согласно таблице конфигурируем перемычками микросхему декодера:

Цифровые входы
		Вход
		RXP0 - электрический
		RXP1 - оптический
		RXP2 - дополнительный
		RXP3 - дополнительный
Формат выходных данных
		Формат
		24-bit, left-justified
		24-bit, right-justified
System clock RMCK (SCK)
		Частота
Phase Detector Update Rate selection

Внимательно смотрим под линзой нет ли замыканий между контактами микросхемы, тщательно отмываем остатки флюса в районе ее установки. Затем подключаем нашу наполовину собранную плату к какому-либо источнику S/PDIF. У меня таким оказался китайский DVD-плеер. Можно подключать сразу два входа одновременно, электрический и оптический - они переключаются перемычками RXSEL 1, RXSEL 0. Подаем питания на плату. Если все правильно сделано должен гореть светодиод Power, а Error должен потухнуть. Если горит Error, то ищем плохой контакт в соединительном кабеле (входы очень чувствительны и при любом некачественном/плохом контакте получим Error), или еще раз внимательно смотрим таблицу. Также можно получить Error, если неправильно выставлена частота перемычкой RMCK . Можно потыкать осциллографом в некоторые точки:

Вот так выглядит S/PDIF после трансформатора:

А такую картину можно наблюдать на выходной шине:

Заключительным этапом сборки является установка на плату микросхемы ЦАП и операционного усилителя с соответствующей обвязкой. РСМ1794 из первой схемы также требует конфигурации согласно таблице:

Пин, джампер				Аудио формат
				Формат	Стерео/моно
				Right-justified 16bit
				Right-justified 24bit
				Left-justified /Slow
				Right-justified 16bit/Slow
				Digital filter bypass
					моно, левый
					моно, левый
				Right-justified 16bit	моно, левый
				Right-justified 24bit	моно, левый
					моно, правый
					моно, правый
				Right-justified 16bit	моно, правый
				Right-justified 24bit	моно, правый

Как видим из таблицы, данная микросхема имеет широчайшие возможности для построения ЦАП различных конфигураций. Здесь важно установить формат данных такой же как и в микросхеме декодера.

О резисторах R7 - R16. Когда плата уже была собрана и вовсю тестировалась, прочитал в (1) о их качестве и точности: «They should be high quality carbon resistors». Нее, мы о таких и слыхом не слыхивали. Впаял обычные выводные миниатюрные. Их нужно попарно подбирать с одинаковыми номиналами, однако этого делать тоже не стал. Электролитические конденсаторы, кроме тех, что в фильтре блока питания - танталовые SMD, остальные керамические.

Все, теперь можно подключать к выходу какой-либо усилитель и что-то слушать.

Несколько фото платы:

Далее нужно было упаковать все это в какой-либо корпус. После недолгих раздумий, выбор пал на валявшийся без дела дохлый DVD-проигрыватель китайского происхождения. Из него было удалено все, оставлен только сетевой кабель и выключатель питания. На задней стенке корпуса имеем уже готовые отверстия для всех необходимых входных и выходных разъемов. С передней панели удалена наклейка с надписями. Сама панель и задняя стенка корпуса обтянута с помощью утюга декоративной самоклеящейся фактурной пленкой «под кожу».

Так, как органов управления никаких нет, на передней панели будут только два светодиода: «Power» - зеленого цвета свечения и «Error» - красного цвета. А чтоб панель не выглядела скучно добавил кое-какие надписи и подсветку сзади. Для этого распечатал на прозрачной пленке шаблон с надписями. В качестве подсветки - куски светодиодной ленты белого цвета свечения, другой под руками не оказалось. Но белый цвет не понравился, решил поэкспериментировать и напечатать светофильтр. Для этого, опять же, на прозрачной пленке на струйном принтере был напечатан прямоугольник чистого синего цвета. Но плотность оказалась недостаточной. Тогда пропустил еще 2 раза - как раз в самый раз. На фото компоненты передней панели:

Подсветка смонтирована на куске стеклотекстолита: с одной стороны приклеиваем светодиодные ленты, с другой - монтируем обычный стабилизатор на 7812 для ее питания. Стабилизатор подключается к отдельной обмотке трансформатора питания.

Порядок сборки передней панели такой: с задней стороны панели прикручивается на стойках на некотором удалении (1,5 см) плата с подсветкой, с передней стороны сначала устанавливаем кусок белой офисной бумаги в размер, для рассеивания света от светодиодов, затем светофильтр, шаблон с надписями и прижимаем все это также вырезанным по месту куском оргстекла толщиной 1,5 - 2 мм. с помощью тоненьких болтиков (М2, М2,5). Для пущей важности, и чтоб головки винтов не портили вид, заклеиваем оргстекло зеркальной пленкой, которой обычно любители лютого автотюнинга заклеивают стекла в своих пепелацах.

Если честно, то в течении часа просто сидел и слушал, причем все подряд - от классики до откровенной попсы, а Nightwish вообще порвал. Сразу вспомнился звук от вертушки Вега - 006 Hi-fi, на которой отец вертел Boney-M и Песняров. Хорошо знакомые композиции зазвучали совершенно по-новому, чувствуется колоссальный подъем высоких и средних частот и эффект присутствия - как будто прямо на живом концерте. Лучше всего звучат простые оригинальные CD-диски в формате cda, чуть хуже - mp3 (хотя mp3 бывает разное - если правильно закодировано, то разницы почти не чувствуется). Затем прослушивание переместилось к коллеге, который аудио-фил от мозга до костей и цифровые источники звука для него не существуют - только пластинки и катушки, а усилитель - только ламповый. Подключили ЦАП к самодельному ламповому усилителю, акустика также самодельная, шарообразная, источник сигнала все тот же DVD-плеер. Удивлению коллеги не было предела - как же так, разве может цифра звучать так же, как и пластинка??? Он все слушал, сравнивал звук с вертушки, затем с катушечного магнитофона, затем с ЦАП-а, потом в обратном порядке - это дело затянулось далеко за полночь. Особенно удивился, когда воткнули в DVD оригинальный диск Pink Floyd, привезенный кем-то когда-то из Англии, и от басов начала сыпаться пыль с ковров. В итоге вердикт аудио-фила таков (он все-таки не изменил своим принципам): 1 место - пластинка, 2-е - катушка, 3-е - ЦАП, все остальные источники цифрового звука забракованы. Ну а мои, не аудиофильские, но любящие качественный звук, уши разницы практически не чувствуют.

Затем пришла очередь вводить, так сказать, сей девайс в эксплуатацию. Использовать DVD в качестве источника звука экономически не выгодно: никаких денег не хватит постоянно покупать оригинальные диски или болванки для нарезания музыки (к слову, даже нарезанная с оригинального диска копия звучит хуже, чем оригинал). Поэтому было решено подключить ЦАП к ПК. Сейчас можно качать из интернетов огромное количество качественной музыки в lossless формате. До этого в моем ПК стояла звуковая карта Creative SB Audigy 7.1SE, и качество звука, издаваемого из нее, меня вполне устраивало (хотя на малых громкостях прослушивались шумы от винчестеров и куллеров), пока не услышал звук из ЦАП. Попытка подключить ЦАП к цифровому выходу этой карты завершилась неудачей. Как выяснилось, Creative подмешивает к чистому S/PDIF какую-то «отсебятину» (хорошо просматривается осциллографом) и расшифровать этот поток могут только ЦАП фирмы Creative. Тут же была извлечена из закоулков на свет божий старая сетевая карта (собственно от нее понадобились только планка и разъем) и превращена в S/PDIF-планку:

Как вам эта статья?

Игорь ГУСЕВ, Андрей МАРКИТАНОВ

Гаврила был аудиофилом,
Гаврила ЦАПы создавал…

Действительно, почему бы нам не сделать ЦАП своими руками? Нужно ли это вообще? Конечно! Внешний конвертор пригодится, в первую очередь, владельцам CD-проигрывателей, выпущенных 5 - 10 лет назад. Техника цифровой обработки звука развивается бурными темпами, и идея оживить саунд старенького, но любимого аппарата с помощью внешнего ЦАПа представляется весьма заманчивой. Во-вторых, такое устройство может принести большую пользу тем, у кого есть недорогая модель, оснащенная цифровым выходом, - это шанс поднять его звучание на новый уровень.

Не секрет, что, создавая недорогой CD-проигрыватель, разработчик находится в жестких финансовых рамках: ему нужно и транспорт поприличнее выбрать, и оснастить новинку всяким сервисом по максимуму, вывести на переднюю панель побольше кнопок с многофункциональным индикатором и т.д., иначе по жестким законам рынка аппарат не будет продаваться. Через год, как правило, появится новый, который подчас ничем не лучше старого по звучанию (а зачастую и хуже), и так до бесконечности. А большинство крупных фирм обычно меняют весь модельный ряд каждую весну…

На качественный ЦАП и аналоговую часть схемы выделенных средств обычно не хватает, и многие производители на этом откровенно экономят. Из этого правила есть, правда, исключения, когда подобные решения принимаются намеренно, являясь элементом технической политики фирмы.

Например, хорошо известная нашим аудиофилам японская С.Е.С. ставит в свои модели CD2100 и CD3100 дорогой транспорт с большим количеством ручных регулировок, применяя при этом простенький ЦАП, явно по классу не соответствующий механике. Эти аппараты позиционируются фирмой как транспорт с контрольным аудиотрактом и изначально предназначены для работы с внешним конвертором. Несколько иная ситуация с проигрывателями ТЕАС VRDS 10 - 25. Устанавливая высококлассный привод и дорогие микросхемы ЦАП TDA1547 (DAC 7), инженеры почему-то решили сэкономить на выходных каскадах. Одна российская фирма, зная об этой особенности моделей, делает апгрейд, заменяя аналоговую часть схемы.

Об авторах

Андрей Маркитанов, инженер КБ звукотехники «Три В» из Таганрога. Разрабатывает и внедряет в производство ЦАПы под маркой «Markan», постоянный участник выставок «Российский Hi-End». Любит нестандартные решения, следит за аудиомодой, всегда в курсе последних достижений в области цифровой схемотехники. На память знает распиновку многих чипов Crystal, Burr-Brown и Philips.

Немного теории

Итак, решено - делаем ЦАП. Прежде чем мы начнем рассматривать схему, нелишне будет расшифровать некоторые общепринятые сокращения:

S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format) - стандарт на цифровую передачу звуковых данных между устройствами (асинхронный интерфейс с самосинхронизацией). Также существует оптический вариант TosLink (от слов Toshiba и Link). Таким интерфейсом оснащаются практически все модели недорогих CD-плейеров, но сейчас он считается устаревшим. Существуют более совершенные интерфейсы, применяемые в дорогих аппаратах, но мы пока о них говорить не будем.

DAC (ЦАП) - цифро-аналоговый преобразователь.

IIS (Inter IC Signal bus) - стандарт на синхронный интерфейс между элементами схемы в пределах одного устройства.

PLL (Phase Locked Loop, ФАПЧ) - система фазовой автоподстройки частоты.

Emphasis - предыскажения.

В настоящее время для формата CD Audio существует два совершенно различных способа цифро-аналогового преобразования: однобитовый и мультибитовый. Не вдаваясь в подробности каждого из них, отметим, что в подавляющем большинстве дорогих моделей DAC используется мультибитовое преобразование. Почему в дорогих? Для достойной реализации такого варианта требуется качественный многоканальный источник питания, сложная процедура настройки выходных фильтров, в некоторых моделях она выполняется вручную, а в развитых странах работа квалифицированного специалиста дешево стоить не может.

Однако однобитовые преобразователи также имеют немало поклонников, т.к. у них своеобразный характер подачи звука, некоторые особенности которого трудно достижимы с помощью существующей мультибитовой технологии. К ним можно отнести более высокую линейность однобитовых ЦАПов на малых уровнях сигнала, а следовательно - лучшую микродинамику, отчетливое детальное звучание. В свою очередь, аргументом сторонников мультибитовых ЦАПов является более сильное эмоциональное воздействие на слушателя, масштабность и открытость звука, отлично воспроизводятся т.н. «драйв» и «чес», что особо ценится любителями рока.

По идее, для безупречной работы однобитовых ЦАПов требуется очень высокая тактовая частота. В нашем случае, т.е. 16 бит и 44,1 кГц, она должна составлять около 2,9 ГГц, что является абсолютно неприемлемым значением с технической точки зрения. С помощью математических трюков и всевозможных пересчетов ее удается уменьшить до приемлемых значений в пределах нескольких десятков мегагерц. Видимо, этим и объясняются некоторые особенности звучания однобитовых ЦАПов. Так какой же лучше? Мы опишем оба варианта, а уж какой выбрать - решайте сами.

Главное, чем мы руководствовались при разработке схемы, - ее предельная простота, позволяющая понять идею и реализовать ее в конкретной конструкции даже не искушенному в цифровой технике аудиофилу. Тем не менее, описываемый ЦАП способен заметно облагородить звучание бюджетного аппарата, оснащенного коаксиальным цифровым выходом. Если ваш проигрыватель такового не имеет, то несложно будет организовать его самостоятельно. Для этого в большинстве случаев достаточно установить на задней стенке разъем RCA и подпаять его сигнальный лепесток к соответствующему месту на плате. Как правило, базовый вариант motherboard делается на несколько моделей сразу, только «набивается» по-разному, и на ней должно быть место для впайки гнезда цифрового выхода. Если это не так, придется искать схему аппарата - в авторизованных сервис-центрах, на радиорынках или в Интернете. В дальнейшем этот макет может послужить объектом приложения усилий для его дальнейшего улучшения и позволит, наконец, добиться «нежной дымки над чистым образом».

Практически все аппараты подобного назначения строятся на схожей элементной базе, выбор элементов для разработчика не так уж и широк. Из доступных в России назовем микросхемы Burr-Brown, Crystal Semiconductors, Analog Devices, Philips. Из приемников S/PDIF сигнала сейчас по приемлемым ценам более-менее доступны CS8412, CS8414, CS8420 от Crystal Semiconductors, DIR1700 от Burr-Brown, AD1892 от Analog Devices. Выбор самих ЦАПов несколько шире, но в нашем случае оптимальным представляется использование CS4328, CS4329, CS4390 с преобразованием дельта-сигма, они наиболее полно отвечают критерию качество/цена. Широко распространенные в High End мультибитовые чипы Burr-Brown РСМ63 стоимостью 96 долларов или более современные PCM1702 требуют еще и определенных типов цифровых фильтров, которые тоже недешевы.

Итак, выбираем продукцию Crystal Semiconductors, а документацию на микросхемы с подробным их описанием, распиновкой и таблицами состояний можно скачать с сайта www.crystal.com.

Детали преобразователя
Сопротивления
R1	220	1/4 w
R2	75	1/4 w
R3	2k	1/4 w
R4 - R7	1k	1/4 w
R8, R9	470k	1/4 w углерод
Конденсаторы
С1	1,0 мкФ	керамика
С2, С4, С8, С9	1000 мкФ х 6,3 В	оксидные
С3, С5, С7, С120	1 мкФ	керамика
С6	0,047 мкФ	керамика
С10, С11	1,0 мкФ	К40-У9 (бумага)
Полупроводники
VD1	АЛ309	красный светодиод
VT1	КТ3102А	n-p-n транзистор
U1	CS8412	приемник цифрового сигнала
U2	74HC86	TTL-буфер
U3	CS4390	ЦАП

Переходим к схеме

Итак, остается вопрос: какую же схему выбрать? Как уже говорилось, она должна быть несложной, доступной для повторения и обладать достаточным потенциалом качества звучания. Также представляется обязательным наличие переключателя абсолютной фазы, что позволит лучше согласовать ЦАП с остальными элементами звукового тракта. Вот оптимальный, на наш взгляд, вариант: цифровой приемник CS8412 и однобитовый ЦАП CS4390 стоимостью около $7 за корпус (лучше постараться найти вариант DIP, это заметно облегчит монтаж). Этот ЦАП применяется в известной модели проигрывателя Meridian 508.24 и до сих пор у Crystal считается лучшим. В мультибитовом варианте используется чип Philips TDA1543. Схема однобитового преобразователя выглядит следующим образом:

Резисторы R1-R7 малогабаритные, любого типа, а вот R8 и R9 лучше взять серии ВС или импортные углеродистые. Электролитические конденсаторы С2, С4, С8, С9 должны быть номиналом не менее 1000 мкФ с рабочим напряжением 6,3 - 10 В. Конденсаторы С1, С3, С5, С6, С7 - керамические. С10, С11 желательно применить К40-У9 или МБГЧ (бумага в масле), но подойдут и пленочные К77, К71, К73 (перечислены в порядке уменьшения приоритета). Трансформатор Т1 - для цифрового аудио, достать его не проблема. Можно попробовать применить трансформатор от неисправной компьютерной сетевой платы. На схеме не показано подключение питания микросхемы U2, минус подается на 7-ю ножку, а плюс - на 14-ю.

Для максимального использования звукового потенциала схемы желательно придерживаться следующих правил монтажа. Все соединения к общему проводу (помечен значком GND) лучше произвести в одной точке, например, на выводе 7 микросхемы U2. Наибольшее внимание следует уделить входному узлу цифрового сигнала, который включает в себя входное гнездо, элементы С1, Т1, R2 и выводы 9,10 микросхемы U1.

Необходимо использовать максимально короткие соединения и выводы компонентов. То же самое относится к узлу, состоящему из элементов R5, C6 и выводов 20, 21 микросхемы U1. Электролитические конденсаторы с соответствующими керамическими шунтами должны быть установлены в непосредственной близости от выводов питания микросхем и соединены с ними проводниками минимальной длины. На схеме не показаны еще один электролит и керамический конденсатор, которые подключаются непосредственно на выводы питания 7 и 14 микросхемы U2. Необходимо также соединить между собой выводы 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10 микросхемы U2.

После приобретения некоторого опыта вы сможете на слух подбирать величину и тип электролитических и керамических конденсаторов, стоящих в цепях питания на каждом конкретном участке.

Теперь несколько слов о работе самой схемы. Светодиод D1 служит для индикации захвата цифровым приемником U1 сигнала с транспорта и наличия ошибок считывания. В процессе нормального воспроизведения он светиться не должен. Контакты S1 переключают абсолютную фазу сигнала на выходе, это аналогично изменению полярности акустических кабелей. Меняя фазировку, вы сможете заметить, как она влияет на звучание всего тракта. В ЦАПе имеется также схема коррекции де-эмфазиса (вывод 2/U3), и хотя дисков с пре-эмфазисом выпущено не много, такая функция может пригодиться.

Теперь о выходных цепях. Непосредственное подключение микросхемы ЦАП к выходу только через разделительные конденсаторы возможно, поскольку в микросхеме CS4390 уже есть встроенный аналоговый фильтр и даже выходной буфер. По аналогичному принципу построены чипы CS4329 и CS4327, хорошую аналоговую часть также имел ЦАП CS4328. Если вы знаете, как сделать качественные ФНЧ и согласующие каскады, стоит попробовать свои силы на великолепной микросхеме CS4303, которая на выходе имеет цифровой сигнал и дает возможность построения отлично звучащего аппарата, если, например, к ней подключить ламповый буфер с кенотронным питанием.

Но вернемся к нашей CS4390. Принцип построения однобитовых ЦАПов предполагает наличие во внутренних цепях питания значительных по амплитуде импульсных помех. Для уменьшения их влияния на выходной сигнал выход таких ЦАПов практически всегда делают по дифференциальной схеме. Нас же в данном случае не интересуют рекордные показатели по значению сигнал/шум, поэтому мы используем только один выход для каждого канала, что позволяет избежать применения дополнительных аналоговых каскадов, которые могут отрицательно повлиять на звук. Амплитуда сигнала на выходных гнездах вполне достаточна для нормальной работы, а встроенный буфер неплохо справляется с такой нагрузкой, как межблочный кабель и входное сопротивление усилителя.

Теперь поговорим о питании нашего устройства. Звук - это просто модулированный источник питания и ничего больше. Каково питание, таков и звук. Этому вопросу постараемся уделить особое внимание. Начальный вариант стабилизатора питания для нашего устройства показан на рис.2

Достоинства этой схемы - в простоте и понятности. При общем выпрямителе используются разные стабилизаторы для цифровой и аналоговой частей схемы - это обязательно. Между собой они развязаны по входу фильтром, состоящим из С1, L1, С2, С3. Вместо пятивольтовых стабилизаторов 7805 лучше поставить регулируемые LM317 с соответствующими резистивными делителями в цепи управляющего вывода. Расчет номиналов сопротивлений можно найти в любом справочнике по линейным микросхемам. LM317 по сравнению с 7805 имеют более широкий частотный диапазон (не забывайте, что по цепям питания у нас идет не только постоянный ток, но и широкополосный цифровой сигнал), меньшие внутренние шумы и более спокойную реакцию на импульсную нагрузку. Дело в том, что при появлении импульсной помехи (а их по питанию видимо-невидимо!) схема стабилизации, охваченная глубокой отрицательной обратной связью (она необходима для получения высокого коэффициента стабилизации и малого выходного сопротивления), пытается ее скомпенсировать. Как положено для схем с ООС, возникает затухающий колебательный процесс, на который накладываются вновь пришедшие помехи, и в результате выходное напряжение постоянно прыгает вверх-вниз. Отсюда следует, что для питания цифровых схем желательно использовать стабилизаторы на дискретных элементах, не содержащие ОС. Конечно, в таком случае выходное сопротивление источника будет значительно выше, поэтому вся ответственность за борьбу с импульсными помехами перекладывается на шунтирующие конденсаторы, которые с этой задачей справляются неплохо, и это благотворно сказывается на звучании. Кроме того, явно вырисовывается необходимость применения для каждого вывода питания цифровых микросхем отдельного стабилизатора вместе с элементами развязки по питанию (аналогично L1, С2, С3 на рис.2).

В ЦАПах Markan так и сделано, причем фильтр с дополнительным подавлением цифровых помех и выпрямитель работают от отдельной обмотки сетевого трансформатора, а для дополнительной развязки цифровой и аналоговой частей схемы даже используются разные трансформаторы. Так же делается и для дальнейшего усовершенствования нашего ЦАПа, хотя для начала можно использовать схему на рис.2, она обеспечит начальный уровень качества звучания. В выпрямителе лучше применять быстрые диоды Шоттки.

Мультибитовый вариант схемы

Обычно мультибитовые ЦАПы требуют для своей работы нескольких источников напряжения разной полярности и немалого количества дополнительных дискретных элементов. Среди большого разнообразия микросхем остановим свой выбор на Philips TDA1543. Этот ЦАП является «бюджетной» версией великолепной микросхемы TDA 1541, стоит копейки и доступен в розничной продаже у нас в стране.

Микросхема TDA 1541 применялась в CD-проигрывателе Arcam Alpha 5, в свое время собравшем множество призов, хотя его же сильно и ругали - допотопный ЦАП, сильные помехи, но ведь как звучит! Эта микросхема также до сих пор применяется в проигрывателях Naim. TDA1543 великолепно подходит для наших целей, т.к. для него необходим только один источник питания +5 В и он не требует дополнительных деталей. Отпаиваем CS4390 от цифрового приемника и на ее место подключаем TDA 1543 в соответствии со схемой на рис. 3.

Здесь необходимо дать несколько дополнительных разъяснений. Все мультибитовые ЦАПы имеют токовый выход, и для преобразования сигнала в напряжение существуют несколько схемотехнических решений. Наиболее распространенное - операционный усилитель, подключенный инвертирующим входом к выходу ЦАПа. Преобразование ток-напряжение осуществляется за счет ОС, его охватывающей. По теории он работает замечательно, и такой подход считается классическим - его можно встретить в рекомендованных вариантах включения любого мультибитового ЦАПа. Но если говорить о звучании, то тут все не так просто. Для реализации этого метода на практике требуются очень качественные ОУ с хорошими скоростными характеристиками, например AD811 или AD817, которые стоят более $5 за штуку. Поэтому в бюджетных конструкциях чаще поступают по-другому: просто подключают к выходу ЦАПа обычный резистор, и ток, проходя по нему, будет создавать падение напряжения, т.е. полноценный сигнал. Величина этого напряжения будет прямо пропорциональна величине резистора и току, через него протекающему. Несмотря на кажущуюся простоту и изящество этого метода, он пока не получил широкого применения у производителей дорогой аппаратуры, т.к. также имеет множество подводных камней. Главная проблема в том, что токовый выход ЦАПов не предусматривает наличия напряжения на нем и обычно защищен диодами, включенными встречно-параллельно и вносящими значительные искажения в получаемый на резисторе сигнал. Среди известных производителей, которые все-таки решились на такой метод, следует выделить фирму Kondo, которая в своем M-100DAC ставит резистор, намотанный серебряной проволокой. Очевидно, что он имеет очень маленькое сопротивление и амплитуда выходного сигнала также очень мала. Для получения стандартной амплитуды используется несколько ламповых каскадов усиления. Еще одной известной фирмой с нетрадиционным подходом к вопросу преобразования ток-напряжение, является Audio Note. В своих ЦАПах она применяет для этих целей трансформатор, в котором ток, проходящий через первичную обмотку, вызывает магнитный поток, приводящий к появлению на вторичной обмотке напряжения сигнала. Такой же принцип реализован в некоторых ЦАПах серии «Markan».

Но вернемся к TDA 1543. Похоже, что разработчики этой микросхемы по каким-то причинам не установили защитные диоды на выходе. Это открывает перспективу для использования резисторного преобразователя ток-напряжение. Сопротивления R2 и R4 на рис. 3 - как раз для этого. При указанных номиналах амплитуда выходного сигнала составляет около 1 В, чего вполне достаточно для непосредственного подключения ЦАПа к усилителю мощности. Следует отметить, что нагрузочная способность нашей схемы не очень велика и при неблагоприятных условиях (большая емкость межблочного кабеля, малое входное сопротивление усилителя мощности и др.) звучание может быть слегка зажатым по динамике и «размазанным». В этом случае поможет выходной буфер, схему и конструкцию которого вы можете выбрать из множества существующих вариантов. Может случиться, что в некоторых выпускаемых вариантах микросхемы TDA 1543 защитные диоды все-таки установлены (хотя в спецификациях таких сведений нет, и конкретные экземпляры нам также не попадались). В этом случае удастся снять с нее сигнал амплитудой не более 0,2 В, и придется использовать выходной усилитель. Для этого необходимо в 5 раз уменьшить номинал резисторов R2 и R4. Конденсаторы С2 и С4 на рис. 3 образуют фильтр первого порядка, устраняющий ВЧ-помехи из аналогового сигнала и формирующий нужную АЧХ в верхней части диапазона.

Во многих конструкциях ЦАПов используются цифровые фильтры, что значительно облегчает задачу разработчику при проектировании аналоговой части, но при этом на ЦФ ложится большая часть ответственности за конечное звучание аппарата. В последнее время от них стали отказываться, поскольку грамотный аналоговый фильтр эффективно подавляет ВЧ-шумы и не так пагубно влияет на музыкальность. Именно так сделано в ЦАПах «Markan», в которых используется обычный фильтр третьего порядка с линейной фазовой характеристикой, выполненный на LC-элементах. В нашей схеме на рис. 3 для простоты применен аналоговый фильтр первого порядка, которого в большинстве случаев вполне достаточно, особенно если вы используете ламповый усилитель мощности, да еще и без обратных связей. Если же у вас аппаратура транзисторная, то вполне возможно, что придется увеличить порядок фильтра (однако не переусердствуйте, слишком крутая схема обязательно ухудшит звучание). Соответствующие схемы и формулы для расчета вы найдете в любом приличном радиолюбительском справочнике.

Обратите внимание, что резисторы R2, R4 и конденсаторы C2, C4 находятся именно в том месте, где зарождается аналоговый звук. High End начинается именно отсюда и, что называется, «далее везде». От качества этих элементов (особенно от резисторов) в огромной степени будет зависеть звучание всего аппарата. Резисторы необходимо ставить углеродистые ВС, УЛИ или бороуглеродистые БЛП (предварительно подобрав их по одинаковости сопротивлений с помощью омметра), применение импортной экзотики также приветствуется. Конденсаторы допустимы любого типа из указанных выше. Все соединения должны быть минимальной длины. Разумеется, качественные выходные разъемы также необходимы.

Что же у нас получилось?

Я раньше скверно пел куплеты,
хрипел, орал и врал мотив…

(Дж. К. Джером, «Трое в лодке,
не считая собаки»)

Не поленюсь напомнить, что перед первым включением устройства необходимо тщательно проверить весь монтаж. Регулятор громкости усилителя при этом нужно устанавливать в минимальное положение и плавно увеличивать громкость, если помехи, свист и фон на выходе отсутствуют. Будьте внимательны и аккуратны!

В целом для однобитовых ЦАПов характерно очень мягкое, приятное звучание, с обилием тонких деталей. Кажется, что весь свой звуковой потенциал они бросают на помощь солисту, оттесняя других участников музыкального произведения куда-то на задний план. Большие оркестры несколько «уменьшаются» по составу музыкантов, страдают мощь и масштабность их звучания. Мультибитовые ЦАПы уделяют одинаковое внимание всем участникам музыкального действия, не отдаляя и не выделяя никого из них. Динамический диапазон шире, звучание более ровное, но в то же время несколько более отстраненное.

Например, при воспроизведении через мультибитовый ЦАП хорошо известной песни «I Put A Spell on You» в исполнении Creedence Clearwater Revival великолепно передается ее энергетика, мощный поток эмоций просто завораживает, становится понятным замысел ее создателей, мы остро чувствуем, что они хотели нам сказать. Мелкие детали несколько смазаны, но на фоне описанных выше доминирующих характеристик такой подачи звука это не кажется серьезным недостатком. При воспроизведении этой же песни через однобитовый ЦАП картина несколько иная: звучание не столь масштабно, сцена несколько отодвинута назад, зато отлично слышны подробности звукоизвлечения, мелкие штрихи. Хорошо передается момент, когда музыкант приближает гитару к комбику, добиваясь легкого самовозбуждения усилителя. Зато при прослушивании Элвиса Пресли великолепно раскрывается все богатство его голоса. Хорошо заметно, как он менялся с возрастом, эмоциональное воздействие на слушателя также сильно, а несколько отодвинутый на задний план аккомпанемент органично вписывается в общую картину.

Так что выбор типа ЦАПа остается за вами, у обоих вариантов есть как сильные, так и слабые стороны, истина, разумеется, лежит где-то посередине. Несмотря на простоту, звуковой потенциал описанных схем достаточно высок, и при творческом выполнении приведенных рекомендаций конечные результаты вас разочаровать не должны. Желаем успеха!

На вопросы разработчик схемы