Úvodem

Před nějakým časem jsem při brouzdání objevil open-source projekt sdr-widget a jeho odnož audio-widget, který vytváří rozhraní USB/I2S převodníku. Tento "widget" je založen na mikrokontroléru Atmel řady AVR32, přesněji at32uc3a3256 a na rozdíl od většiny komerčních integrovaných obvodů pracuje toto rozhraní na asynchronním principu přenosu dat. Hodiny generující vzorkovací frekvenci D/A převodníku tedy nejsou generovány ani ovlivněny USB a hostitelskou stranou (PC). Zjednodušeně lze říci, že MCU, na základě hodinového signálu z oscilátorů generujících vzorkovací frekvenci D/A převodu, se stará o plnění svého bufferu daty a posílá požadavky po USB PC straně. V cestě tedy není žádná PLL a obnovení frekvence z přijatých dat z USB. Domnívám se, že jde o jednu z nejlepších možností, jak generovat audio signál externím D/A převodníkem bez jeho ovlivnění transportem PC -> DAC. Díky tomu je jitter vzorkovací frekvence D/A převodu závislý prakticky na provedení D/A části a kvalitě oscilátorů generujících hodiny pro násobky 44.1kHz/48kHz.

Ono je to celé trochu složitější a na delší vyprávění, ale pro představu nezainteresovanému čitateli lze jednoduše říci, že je to nejlepší možnost transportu audia z PC do D/A převodníku bez nutnosti koupě drahé karty , master clocku a D/A převodníku, jak je to v případě SPDIF transportu. Nevýhodou budiž například rušení přenášející se po USB sběrnici a potřeba galvanického oddělení zařízení od USB sběrnice, které je značně problematické u USB 2.0. Na základě informací dostupných z fora diyaudio a ze stránek qnktc.com jsem se rozhodl postavit vlastní D/A převodník s vlastním USB/I2S modulem. Tento projekt bych rád uvolnil pod licencí GPL, jakmile bude dotažen zcela dokonce. Aktuálně je D/A převodník podrobován testování, ihned po osazení a nahrátí aktuálního firmware DAC bez problému fungoval a udělal tak svému autorovi radost.

Popis HW

DAC se zkládá mimo zdrojovou část ze dvou desek. Menší deska obsahuje USB/I2S modul s mikrokontrolérema je napájena z USB. Deska podporuje USB Audio Class 2 s maximálním formátem 24bit 192kHz. Tato deska je osazena do patice desky D/A převodníku. D/A převodník a modul USB odděluje galvanická izolace obvodem IL717, který transportuje I2S do DAC a Master clock vzorkovací frekvenci z oscilátorů do modulu s MCU. Hodiny jsou tedy generovány na straně DAC. Díky tomu jitter samotného izolátoru IL717 neovlivňuje jitter D/A převodu. Jako D/A převodník byl použit obvod PCM1794A. Díky HW nastavení jeho funkcí není potřeba dodatečná izolace I2C či SPI pomocné komunikační sběrnice. D/A převodník je řízen hodinami 22.5792 MHz a 24.576 MHz. Jako zdroje hodinového signálu byly použity oscilátory FOX HC736. Tyto oscilátory nejsou úplným hi-endem, ale zároveň nejsou zas až tak špatné. Z průběhů phase noise v datasheetu lze zhruba vypočítat jejich jitter do 20 ps. Vezmeme-li v úvahu, že samotný například SPDIF dekodér DIR9001 má jitter obnovení hodin z dat cca 50 ps, je 20 ps u oscilátorů za pár dolarů výborná hodnota a většina Hi-Fi příznivců pravděpodobně takto nízký jitter u svých SPDIF skvostných DAC převodníků nemá (nemají-li externí Master Clock). Nakonec oscilátory se dají kdykoliv vyměnit za kvalitní crystek 1ks za nechutných 24 Euro :). DAC PCM1794A i oscilátory jsou napájeny každý zvlašť z low noise zdrojů TPS7A4901DGNT. Digitální část DAC a IL717 je napájena z klasického LDO MCP1703. Zde by byla možná výměna za nějaký fast transient LDO od TI. Ikdyž přínos by byl patrně sporný. Napájecí zdroje používají pro filtraci SMD tantalových kondenzátorů, keramických X7R 100n a NPO 1n kondenzátorů. Digitální část s MCP1703 je napájena z vlastního zdroje 7 V s LM317. Analogová část PCM1794 i oscilátory jsou mimo své vlastní low noise zdroje na desce napájeny z externího předstabilizovaného zdroje 7 V s LM317. K DAC je tedy nutné přivést 2x 7 V předregulované nap. napětí.

Analogový proudový výstup z DA převodníku je připojen na OZ LM6172, které disponují extrémně vysokou rychlostí přeběhu 1000V/us a vysokou šířkou pásma. Takto rychlé OZ jsou vhodné především do I/V sekce, kde nízká slew rate může degradovat jistým způsobem výstupní signál. Za I/V sekcí následuje diferenciální zesilovač osazený ultra low noise operáky LT1028ACN. Operační zesilovače jsou napájeny ze zdroje +- 12 V a jejich napětí je filtrováno v každé větvi dvojicí kondenzátorů Sanyo OS-CON 270u , 10 uF X7R keramikou a 100 nF X7R co nejblíže vývodům pouzdra. Zde by byly vhodnější SMD OZ v SOIC, ale nešlo by laborovat z osazením. Low noise napájecí zdroj +- 12 V pro OZ je řešen externě pomocí regulovaného low noise zdroje ZT15VA či LM317+kap. násobič. Výstupní úroveň USB DAC je při 0 dB činí 2 V RMS.

Tolik ke krátkému představení mého Hi-Fi USB DAC převodníku, který bude sloužit jako transport hudby z PC a zároveň preamp pro můj DPA 223 zesilovač

Tato stránka bude postupem času doplňována informacemi i měřením...Na DAC převodníku se stále pracuje a testuje

jedno z prvních měření DAC pro výstupní úroveň -3dB, měřeno na zvukové kartě Asus Xonar DX

Několik dalších měření zde.

Uvolněné podklady pod licencí TAPR. Jedná se o první verzi desky. Vhodné především pro inspiraci.

• DAcv5.brd dps DAC
• DAcv5.sch schema DAC
• usb_modul.brd dps USB modulku
• usb_modul.sch schema USB modulku
• sdr_widget.lbr knihovna pinoutu USB modulku kompatibilní s originálem