Простой ЦАП на AK4113 и AD1853

После прослушивания в дружеской компании "нового усилителя Василича" в связке с моим ЦАП на АК4399, меня попросили порекомендовать максимально простую, но прилично звучащую схему ЦАП с поддержкой hi-res для дальнейшей самостоятельной сборки. Подключение — оптика и коаксиал.

Я предложил собрать цап на связке AK4113 + AD1853 или АК4399. Вариант с АК4399 отпал по причине отсутствия в наличии свободных микросхем, а с первыми двумя я мог сразу помочь. Другие общедоступные и опробованные мной AD1955, PCM1794, PCM1798 хоть и имеют лучшие параметры, субъективно не позволили мне добиться более качественного звука чем с AD1853 и AK4399.

Ранее в процессе экспериментов с AD1853 было обнаружено несколько неприятных ее особенностей:

  1. несимметричность модуляторов;
  2. появление постоянки в 60-80 мВ на выходе выхлопа при отсутствии мастер клока,
  3. субъективное ухудшение качества звука в форматах отличных от RJ24/16

К сожалению большинство общедоступных схем на базе AD1853 страдают от этих недостатков и в добавок не могут похвастаться поддержкой частот дискретизации до 192 кГц. В новом ЦАП я решил устранить все эти недостатки.

В качестве цифроприемника была выбрана AK4113, так как обладает низким значением джиттера и поддерживает прием данных с частотой дискретизации до 216кГц. Также микросхема очень удобна и проста в управлении в режиме «parallel mode», что позволило выбрать оптимальный выходной формат (RJ24) для AD1853 и выставить 2 кратную интерполяцию при работе с частотами дискретизации более 48кГц (для 44.1 и 48кГц кратность — х8). На практике хоть AD1853 и заработала с кратностью х4 даже с частотами 176,4/192 кГц, но измерения показывают значительный рост шумовой полки и  искажений в таком режиме по сравнению с х2.

Схема ЦАП на AK4113 и AD1853

В итоге мной была предложена следующая схема:

ЦАП на AK4113 и AD1853

 В преобразователе ток-напряжения выбран OP42. В звене вычитателя использовал хорошо зарекомендовавшую себя связку AD744 c буфером Buf634.

Проблема с постоянкой в 60-80 мВ на выходе при отсутствии мастер клока с AD1853 была решена путем установки кварца (24.576Mhz) в цифроприемнике. А сама AK4113 сконфигурирована так, чтобы при отсутсвиии входного сигнала или ошибке переключаться на тактование от кварца. Таким образом на AD1853 всегда присутвуем мастер клок. Кроме этого кварц нужен для определения частоты дискртеизации и управления кратностью AD1853. Для компенсации постоянной составляющей в самом выхлопе были добавлены резисторы в 80-100кОм с "-" выхода цап на землю.

Схема питания ЦАПа на AK4113 и AD1853

Блок питания ЦАПа требует 4 гальванически не связанных источника переменного напряжения: 2х9Вх0,1А и 2х15Вх0,3А. (4 обмотки на трансформаторе.) В выпрямителе применён LC фильтр для уменьшения помех, проникающих из сети.

питание ЦАП на AD1853 и AK4113

Цифровая часть AD1853 питается от стабилизатора на базе LM1117, непосредственно для шутирование питания цифры AD1853 я применил электролит с нетипичной большой емкостью.  Все дело в том, что ток потребления цифровой части AD1853 довольно сильно модулирован частотой дискретизации, поэтому применение большой емкости с низким ESR оказалось весьма уместно. Стоит отметить, что была выбрана версия с регулируемым выходным напряжением т.к. в этом случае можно применить добавочную емкость в цепи регулировки, что позволяет снизить уровень шума стабилизатора и обеспечить лучшую его устойчивость при работе с большой емкостью на выходе.

Питание аналоговой части AD1853 выполнено на классической схеме ИОН-ФШ-ОУ, что позволяет получить предсказуемо отличный результат без лишних затратах на дорогостоящие низко шумящие стабилизаторы. От аналогового питания AD1853 так же питается цепь формирования напряжения смещения преобразователя ток-напряжение. Оптимальное напряжение для работы модуляторов AD1853 — 2,75В. При этом напряжении минимальны искажения в выходном сигнале.

Питание выхлопа выполнено также по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ. На выходе стабилизаторов применены шунтирующие конденсаторы большой емкости 3300мкФ. Для обеспечения устойчивости их выходы отделены от этих конденсаторов защитными резисторами небольшого номинала в 0.68Ом.

Печатная плата

AD18053 AK4113 dac lay

Вид печатной платы со стороны SMD элементов.

Изготовление платы возможно с помощью ЛУТ. Так как плата выполнена со стороны SMD элементов не забываем отзаркалить ее. Изготовить плату можно как двустороннем исполнении, так и в односторонннем варианте, сделав верхнюю сторону полностью земляной, а дорожки слоя выполнить перемычками. Во вложении к статье доступна для скачивания плата в Sprint-Layout 6.

Прослушивание и выводы

Субъективное звучание ЦАПа оказалось очень приятным, с отличной детальностью и прекрасным басом. ЦАП с переиграл твикнутый ASUS XONAR ONE, показав большую детальность и легкость подачи любого материала. При прослушивании оба устройства подключались по коаксиалу к USB модулю WaveIO.

В сравнении с ЦАПом на базе AK4399 этот ЦАП уступил первому по натуральности построения сцены и в общей детальности. Но в данном случае сравнение некорректно, т.к. не учитывался совершенно разный подход в организации транспорта этих устройств.

Цифроприемник AK4113 показал себя с хорошей стороны. Субъективно показал заметное преимущество над DIR9001. Его связку с AD1853 считаю прекрасным выбором.

Результаты изменений 

Измерения проводились с помощью доработанной звуковой карты Asus Xonap ST (к сожалению, более качественного измерительного стенда у меня нет).

 

 

 Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 44.1кГц)      

    

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 48кГц)                  

 

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 96кГц)       

 

Спектр выходного сигнала 1кГц, 0Дб (24bit. 192кГц)    

Фотографии собранного ЦАПа:

 

 

 

Вложение 1: AD1853_ak4113.lay6 280,84 KB , (Скачиваний: 442)

4 комментария
Хм, а что за "специфические особенности работы чипа" (из обсуждения темы про Asus Xonar ST) AD1853 Вы устраняли микросхемой SRC4192? Даст ли она качественное улучшение при установке между DIR9001 и AD1853?

«специфические особенности работы чипа»

  1. несимметричность модуляторов;

  2. появление постоянки в 60-80 мВ на выходе при отсутствии мастер клока,

  3. субъективное ухудшение качества звука в форматах отличных от RJ24/16

Я собрал сначала Dir9001-> AD1853, где столкнулся  с этими проблемами потом вариант (PCM2704 / Dir9001 -> SRC4192 -> AD1853, в котором решил указанные проблемы и провел дальнейшие эксперименты с разными форматами и режимами AD1853. Их можно было бы решить и в первом варианте, но чтобы не повторяться я решил в новом устройстве опробовать  ak4113, темболее, что потребовалась работа с hi-res, с поддержкой частот дискретизации до 192 кГц.



Что касается применения SRC4192, то с ней получилось добиться лучше уровня качества с плохим источником сигнала, чем просто с Dir9001,  хорошо себя показала ASRC после PCM2704, при реализации простенького USB входа.


По звучанию связка с ak4113 мне понравилась больше чемDir9001 да и с некачественным источником  ak4113 ведет себя лучше чем дир-ка.  Толку от SRC4192 большого я не увидел, если конечно нет желания прикрутить простой  USB, но тут после PCM2704 ->SRC4192 будет полезна. По совокупности простота-качество ak4113 + AD1853 посчитал более достойными публикации.

Андрей, правильно я понял, что в вашей версии схемы нет постоянки на выводах AD1853: 16-17, 12-13, нет постоянки? И как понять: "Для компенсации постоянной составляющей в самом выхлопе были добавлены резисторы в 80-100кОм с "-" выхода цап на землю"?

 

Добрый день, 

У AD1853 токовые выходы, и ток середины шкалы Single-ended current output range: 1 mA ± 0.75 mA. Смысла делать его нулевым нет. Как раз эта постоянная составляющая позволяет обеспечить работу выходных каскадов ОУ в звене IV в классе А. В том, что на выходе I-V будет постоянка нет ничего страшного, после сумматора на выходе выхлопа будет 0. Проблемы AD1853 как раз состоят в том, что он (ток середины шкалы) для диф. выходов 16-17 (12-13) немного разный, поэтому и возинкает постоянка на выходе сумматора.  А еще проблема усугубляется тем, что эта разница зависит от наличия тактового сигнала.

Таким образом нам требуется обеспечить постоянное наличие тактового сигнала и скомпенсировать разницу в токах на диф. выходах AD1853 путем добавления R36/R37 (80-100кОм) с выхода OUT(L/R)- на землю.

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.