Простой USB-аудио ЦАП (опытный образец)

Список разделов РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Цифро-Аналоговые Преобразователи (ЦАП/DAC)

Описание: Все о цифро-аналоговых преобразователях любых типов
Модератор: Алаев Ян

Какие входы должен иметь ЦАП?

USB
Роман Мирошниченко, Евгений Михеев, Алаев Ян, demon107, Валерий, GennadiyS161, titus
33%
Коаксиальный SPDIF
Евгений Михеев, AndreyK, Алаев Ян, demon107, GennadiyS161, titus
29%
I2S
titus
4%
Оптический TOSLINK
Роман Мирошниченко, Евгений Михеев, AndreyK, Алаев Ян, demon107, Валерий, GennadiyS161
33%
AES/EBU
Голосов нет
BNC
Голосов нет
Все из представленных
Голосов нет
 
Всего проголосовавших: 24

#1 Алаев Ян » 1 января 2015, 17:51

USB-audio DAC PCM2705 Burr-Brown (16-Bit Delta-Sigma@48 kHz)

Изображение

Захотелось немного отвлечься от привычных ламповых работ и в преддверии Нового года сделать что-нибудь нестандартное и, желательно, полезное.
Выбор пал на ЦАП на базе микросхемы PCM2705 производства фирмы Burr-Brown.

Содержание:
Спойлер
1. Принципиальная схема /viewtopic.php?f=60&t=153&p=2673#p2673
2. Доработка SPDIF и гальваническая развязка /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3450#p3450
3. Докстанция /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3452#p3461
4. Первые измерения на осциллографе /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3468#p3468
5. Тест меандром /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3470#p3470
6. Анализатор спектра на базе осциллографа /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3481#p3481
7. Внешнее питание для ЦАП /viewtopic.php?f=60&t=153&p=3570#p3570
8. Версия ЦАП с внешним питанием /viewtopic.php?f=60&t=153&start=40#p3592
9. Линейный выход для ЦАП /viewtopic.php?f=60&t=153&p=6665#p6665
10. Управление ЦАП от микроконтроллера /viewtopic.php?f=60&t=153&p=7604#p7604
11. Китайский ЦАП /viewtopic.php?f=60&t=153&p=15811#p15811
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев


#3 Роман Мирошниченко » 1 января 2015, 21:46

Ян молодец! Пока все готовились пьянствовать... :wink:
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

#4 zhenyasun » 23 января 2015, 10:04

Напишите, чем обусловлен выбор ЦАПа.
zhenyasun
Аватара

Принципиальная схема

#5 Алаев Ян » 23 января 2015, 20:12

Порыв в интернете и внимательно изучив datasheet, я нашел множество воплощений ЦАПов на этой микросхеме, многие содержали в себе ошибки, многие были сделаны предельно просто.

Звучание ЦАП во многом зависит от примененной схемотехники и я знаю, как можно сделать лучше, но сейчас это не было целью и хотелось вообще убедиться, что это работает и что это играет.

Привожу принципиальную схему, по которой был собран ЦАП.

2705_v1.JPG
ЦАП на PCM2705 (вер. 1)


Версия принципиальной схемы в SPL

Чем я руководствовался при сборке ЦАП:
1. Разъем USB должен был быть большим и удобным, поэтому было решено поставить USB type B Socket.

usb_typeB_receptacle.gif
USB type B
usb_typeB_receptacle.gif Размер: 3.39 КБ
Просмотров: 251


Такие разъемы как miniUSB и microUSB были признаны ненадежными и сразу выпали из моего поля зрения.
2. Выходной разъем должен был быть Jack 6.3 mm - точно по той же причине, крайне не люблю разъем mini Jack 3.5 mm, так как он очень ненадежен и быстро ломается. Плюс, приличные наушники не выпускаются с таким разъемом. У меня Sennheiser HD598 с сопротивлением 50 Ом, на них и проводилось прослушивание.
3. Выходной усилитель должен быть собран на хорошем ОУ. Я применил AD8552 от Analog Devices - это более чем достойный ОУ.

4. Все другие детали тоже применялись весьма качественных исполнений, но, в пределах разумного.

При первом включении система устанавливает нативные драйвера. Устройство опознается как USB Audio DAC по умолчанию и переводит звуковоспроизведение на себя. Весьма удобно. Работает точно так же, как если бы вы подключили наушники к ноутбуку и при этом звуковой выход переключился бы на них. Здесь то же самое. При отключении ЦАПа от USB все возвращается в прежний режим.

Скриншот 2015-01-01 15.45.55.png
Установка в ОС Windows


Теперь о звуке... Для меня это всегда самое сложное, так как, порой, начинаешь слышать то, чего нет и не слышать того, что есть.
Тут нужно быть очень внимательным. Разумеется, первое, на что я обратил внимание, - уровень фона. Его не было вообще, никакого. В своих наушниках при максимальном уровне громкости я никакого фона не услышал, это очень хорошо. Теперь о звуке - запас громкости хороший, нехватки громкости лично я не испытал (в целом, это зависит от чувствительности наушников). Звук приятный, с удовольствием прослушал всю музыку, что у меня есть на ноутбуке. Попробовал сравнивать звучание с аналоговым выходом ноутбука, но я не уверен, что смог уловить разницу. Возможно, где-то было лучше и детальнее, а может быть мне это кажется. В общем, точно не хуже, это радует очень, насчет лучше - не уверен. Однозначно могу сказать, что отбор сигнала через цифру более удобен, чем через аналоговый выход, вот это факт, в другом, пока не понятно. Возможно, это еще связано с тем, что у меня небольшой опыт прослушивания музыки на наушниках, я почти никогда ими не пользуюсь.

Чуть позже, когда у меня будет возможность, - я выжму все из PCM2705, есть идеи как это сделать, начиная от правильной и раздельной развязки питаний цифровой и аналоговой части и заканчивая двухполярным питанием ОУ. Многое можно сделать и детали можно тоже подобрать посерьезнее для этого, но это позже.

zhenyasun писал(а):Напишите, чем обусловлен выбор ЦАПа.
Изначально было желание сделать вход USB, если порыть по рынку, то микросхем, способных работать с USB вот так напрямую без каких либо заморочек не так уж и много. Я по памяти знаю 3: PCM2704, PCM2705 и PCM2906. Первая и вторая почти ничем не отличаются друг от друга. Вторая весьма дорогая и малопродаваемая. Поэтому выбор пал на весьма доступную PCM2705.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#6 Роман Мирошниченко » 28 января 2015, 17:40

Алаев Ян писал(а):При первом включении система устанавливает нативные драйвера. Устройство опознается как USB Audio DAC по умолчанию и переводит звуковоспроизведение на себя. Весьма удобно.
А, получится его подцепить к айфон-айпад?
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

#7 Алаев Ян » 28 января 2015, 20:38

Роман Мирошниченко писал(а):А, получится его подцепить к айфон-айпад?
думаю, что нет. Я не знаю, как там конфигурируется USB разъем, но смысл в том, что ЦАП должен опознаться как внешнее подключенное устройство. К примеру, к айпад можно подключить внешнюю USB мышь или клавиатуру? Если да, то может быть и ЦАП заработает, но я не уверен.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#8 Роман Мирошниченко » 10 мая 2015, 22:53

Извиняюсь, я вспомнил, что Владислав тогда нам все очень подробно разъяснил. Нужна докстанция, которая выполнит роль хоста.
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

Доработка SPDIF и гальваническая развязка

#9 Алаев Ян » 11 мая 2015, 0:36

Несколько дней назад появилась задача подключить ноутбук к аудио-видео ресиверу Marantz SR-4003. Цель очень простая - для прослушивания музыки с ноутбука. Я почти уже собрался решить задачу "лобовым" методом и подключить линейный выход ноута к линейному входу Marantz, как вдруг меня осенило! У меня же есть "чудо ЦАП для наушников", который я на всякий случай оснастил выходом SPDIF! Т.е. данный ЦАП можно использовать не только как преобразователь цифра-аналог, но и как конвертер интерфейсов, в данном случае преобразователь USB-->SPDIF. Посмотрев на схему сборки, я поморщился и решил, что вот так, напрямую я не буду подключать свой Marantz. Меня смутило в схеме отсутствие гальванической развязки ноутбука от усилителя, а я без развязки стараюсь, вообще, компоненты не подключать, а если и приходится, то крайне осторожно. Вообще, можно было ничего не менять, подключить как есть и все бы заработало. Но меня такой вариант не устроил и я взялся за паяльник.

Переделке подвергся участок цепи: вывод 5 ноги PCM2705 (Dout) - резистор R2 68 Ом - разъем RCA.
В качестве трансформатора для гальванической развязки я использовал Taimag HA-003. Использовал именного его лишь по той причине, что он у меня был. Вероятнее всего, раньше он были изъят из сетевой карты 10/100, где выполнял те же самые функции, что и здесь.

Принципиальная схема включения:
2705_v2.JPG
Принципиальная схема включения (вер. 2)


Файл схемы в формате SPL7

Добавленный участок отмечен синей пунктирной рамкой. После проведенных доработок я смело подключил устройство к ресиверу и по-новому переслушивал почти все свои треки, которые есть на компьютере. Звук очень приятный, но не могу сказать, что он выдающийся, нет, не такой. Не думаю, что от ЦАПа 16bit@48кГц можно получить что-то запредельное. Звучание на ровне с компакт-диском, не лучше, но и не хуже. А вот выигрыш в подключении просто запредельный. Реально очень удобно, включил в USB - весь звук перевелся на него, никаких помех и наводок, которые были бы, если бы я применил аналоговый кабель. Цифра для подобных коммуникаций в разы удобнее, особенно, если подключение осуществляется для повседневного фонового прослушивания музыки.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#10 Роман Мирошниченко » 11 мая 2015, 14:08

Т.е. в данном случае "простой ЦАП" применялся в качестве интерконекта? Прослушивание организовано через наушники, но подключенные уже к Марантц? Очень интересно :think: ... При желании можно и акустику ведь прицепить. Могу предложить свои B&W 603 "для опытов". Они пока простаивают у меня.
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

#11 Алаев Ян » 11 мая 2015, 22:41

нет, Вы не правильно поняли меня.
Была задача, в качестве источника сигнала использовать ноутбук. Аналоговый выход ноутбука я решил не использовать из-за посредственного качества, плохой помехозащищенности и неудобного разъема для подключения. Оставалось выбрать цифровой выход, их три: HDMI (отпал сразу как избыточный, сложный и неудобный), оптический (размещен в том же гнезде, где и аналоговый выход, отпал из за неудобного подключения) и USB - на мой взгляд технически наиболее функциональный и удобный разъем для всего. Было решено, что ноутбук будет отдавать аудиосигнал по USB, оставалось сделать так, чтобы можно было как-то этот сигнал завести на Marantz. С этой задачей справилась моя платка, она преобразовала цифру USB в цифру SPDIF. Сам ЦАП был подключен к коаксиальному разъему RCA Marantz. Учитывая, что источник сигнала ПК, я позаботился о гальванической развязке между ЦАП и Marantz (печальный опыт подключений без развязки уже есть, второй раз на грабли наступать не хочу). Аналоговый выход на наушники в данном подключении не использовался вообще.

Да, кстати, не знаю, важно это кому-то или нет, но выход аналоговый и выход SPDIF работают одновременно. Т.е. вы можете одновременно слушать музыку в наушниках и отдавать еще сигнал на ресивер и выводить ее на колонки.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#12 Роман Мирошниченко » 12 мая 2015, 10:37

Понял теперь :-)
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

#13 poty » 12 мая 2015, 15:08

Исключительно ради отработки схемы - работа понятна. Но смысла в том, чтобы обходить бортовой SPDIF только из-за неудобного разъёма, не вижу.
HDMI, на самом деле, использует протокол, сходный с SPDIF для передачи "вспомогательных данных". В отдельных случаях он может напрямую заводиться на вход SPDIF. Другое дело, что кабель там специфический.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 60 (+60/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2363
Темы: 1
С нами: 3 года 6 месяцев

Докстанция

#14 Алаев Ян » 13 мая 2015, 9:55

Мы уже обсуждали как-то, а будет подобный ЦАП работать, если его подключить к телефону, например, или планшету. Сославшись на общие принципы работы и необходимость установки драйверов мы пришли к выводу, что кто-то (ПК) должен стать хостом, опознать устройство, увидеть подключенное внешнее звуковое устройство и только тогда это все заработает и заиграет, а если брать в расчет, что на телефоне или планшете некому и нечем устанавливать драйвера, то и работать ничего не будет.

Недавно я перебирал провода для всего-всего и в очередной раз наткнулся на вот такой проводок:
2015-05-12 23.15.47.jpg
2015-05-12 23.15.13.jpg


С одной стороны у этого провода microUSB с другой стороны USB под подключение внешнего устройства или флеш-накопителя. На самом деле, этот провод мне давно покоя не давал. Он появился у меня, когда я купил планшет дочке в подарок, я еще подумал тогда, зачем он нужен, наверное, чтобы можно было подключить флешку к планшету (на кой черт нужно подключать флешку к планшету???) есть wi-fi, dropbox, интернет, в общем, никто, как мне кажется, не подключает флешки к планшетам, наверное, можно подключить USB мышь и клавиатуру, но я не пробовал. В очередной раз перебирая провода, мне попался этот провод. Мой ЦАП играл рядом и телефон тоже лежал рядом. Я был уверен, что ничего не получится, но операция займет не более 5 секунд. Ща воткну, подумал я!
Включаю!
на телефоне никакой информации о том, что что-то подключилось, а вот у ЦАПа загорелась лампочка, что он прошел инициализацию в системе. Очень странно, подумал я. Включаю youtube, выбираю песню, включаю - и "о Боги!" эта штука работает!!! Звук идет через USB! Причем, играет отлично, я раньше подключал усилитель через выход для наушников у телефона, звук был совсем другой. Тут отличный комфортный звук. Я был в не себя от радости, хотя бы по той причине, что мы все были уверены, что ничего не заработает и даже не попытались это проверить. В целом, получилась Докстанция. Я проверил только на своем телефоне samsung galaxy s3 c ОС Android. Не знаю, будет ли работать под IOS и на других телефонах, но я не вижу причин не работать, если заработало на моем! Вот как-то так!
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#15 poty » 13 мая 2015, 10:13

Алаев Ян писал(а):мы все были уверены, что ничего не заработает и даже не попытались это проверить
poty писал(а):Только на Андроид, да и то после странных манипуляций, можно включить хост.
По поводу странных манипуляций - здесь многое зависит от того, что реально делалось на самом Андроиде. Сняты ли стандартные ограничения и т.п. У меня сын на своём планшете это сделал с самого начала, например. И у него тоже всё работало как "хост".
В последних версиях Андроид есть примочка, позволяющая подключать их, допустим, к смарт-телевизорам, и передавать на них поток. Название подзабыл - Андроидом не пользуюсь, как-то не нужно было. Заявленные порты - Bluetooth и USB (это не считая DLNA, который может передавать через любую сеть, например, Wi-Fi). Так что, никто не говорил, что это абсолютно невозможно.
IOS имеет ограничения даже по подключению через Bluetooth других устройств, крайне сомневаюсь, что (неломаная) версия IOS позволит к своему порту что-то подключить.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 60 (+60/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2363
Темы: 1
С нами: 3 года 6 месяцев

#16 Алаев Ян » 13 мая 2015, 11:32

Я полазил в настройках телефона. У меня, применительно к выводу звука через USB порт, есть только такие настройки (они же были по-умолчанию).

2015-05-13 08.17.56.png
Samsung Galaxy S3
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#17 poty » 13 мая 2015, 12:10

Мне кажется, это не относится к USB.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 60 (+60/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2363
Темы: 1
С нами: 3 года 6 месяцев

#18 Роман Мирошниченко » 13 мая 2015, 12:17

Это очень интересное наблюдение. У меня такой шнурочек где-то завалялся :biggrin: ... Мне его "втюхали" по ошибке в магазине. Именно из-за него я и проявлял тогда интерес подключения АНДРОИД к ЦАП. Но, потом андроиды ушли из моей жизни...

Ян, хорошо бы тебе клонироваться :think: ... Столько всего интересного ТЫ делаешь одновременно. :clap:
Роман Мирошниченко
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Аватара
Возраст: 49
Откуда: Саратов
Репутация: 40 (+40/−0)
Лояльность: 115 (+115/−0)
Сообщения: 3357
Темы: 3
С нами: 3 года 5 месяцев

#19 Алаев Ян » 13 мая 2015, 16:50

Чтобы уже добить до конца эту тему, я решил найти еще несколько телефонов и проверить работоспособность с ними.
Вот что получилось:
1.) Symbian OS - телефон полностью проигнорировал ЦАП. Инициализация не прошла.
2.) iPhone - протестировать не удалось, там разъем для подключения не позволил подключиться к ЦАП. Нужен переходник iphone - USB (мама). У меня такого нет и где взять не знаю.
3.) Windows phone - инициализация не прошла. Я долго лазил в настройках телефона, но ничего путного не нашел, что могло бы активировать данную функцию. Возможно, я не знаю, где что нужно включить, чтобы это заработало.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

#20 poty » 13 мая 2015, 17:00

Windows Phone можно подключить, но не все и иногда приходится пользоваться "ломалками".
iPhone - тоже только "взломанный".
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 60 (+60/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2363
Темы: 1
С нами: 3 года 6 месяцев

Первые измерения на осциллографе

#21 Алаев Ян » 14 мая 2015, 10:26

Пришло время померить осциллографом, что там, да как! :-)
Собрал вот такую "приблуду" имитирующую подключение наушников. Там два резистора по 51 Ому в каждом канале. На них я и буду отслеживать выходной сигнал.

2015-05-14 09.41.57.jpg


Моя аппаратура:
Осциллограф RIGOL DS1042C (цифровой, 40Mhz 400MSa/s)
Генератор GWINSTEK GFG-3015

Генератор мне пока не понадобился, так как завести сигнал на USB я с него не могу :-) Пришлось скачать тестовые треки и смотреть сигналы на них.

Для начала я использовал этот трек:
1 кГц референсный тон "-6 дБ" синус

Файл с ослаблением я выбрал для того, чтобы можно было выставить на ПК все регулировки громкости на максимум и при этом не получить клиппированние (обрезание) сигнала.

Вот что у меня получилось...
2015-05-14 10.20.19.jpg


Желтый график - синусоида с частотой 1 кГц. Размах сигнала 1.4В от пика до пика.
Сиреневый график - анализ спектра. По вертикали - 1 клетка ослабление сигнала на 10dBVrms, по горизонтали смещение частоты на 1.25 кГц на клетку. Т.е. по середине будет 7.25 кГц.

Я ожидал увидеть наличие гармоник и некоторых искажений, но чистый сигнал ставит меня в ступор. Конечно, хорошо, что он чистый. Но я запланировал провести тестирование разных ОУ которые есть у меня в наличии, а теперь думается, что замена ОУ ничего не даст. Аппаратно я не увижу разницы. Хм... надо подумать.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

След.

Вернуться в Цифро-Аналоговые Преобразователи (ЦАП/DAC)



Кто сейчас на форуме (по активности за 5 минут)

Сейчас этот раздел просматривают: 1 гость