Высококачественный ЦАП AH-D6 с поддержкой DSD и PCM, 2-in-1 на ak4493/ak4490

В процессе доработки и оптимизации трассировки новой версии платы AH-D5 было обнаружено, что Asahi Kasei Microdevices выпустили новый ЦАП AK4493EQ, который позиционируется, как замена ak4490EQ.

DSD ЦАП на ak4493 своими руками

Просмотрев документацию на новый чип, стало ясно, что путем минимальных изменений платы его можно применить вместо ak4490. Поэтому я решил сразу сделать новую плату в которой, можно применить как ak4490, так и ak4493.

Как показал опыт эксплуатации AH-D5, большинство тактовых генераторов, в частности используемые NZ2520SD(A), не реализуют полного гашения генерации в неактивном режиме (только Z-state выхода). Поэтому в новом устройстве было решено уделить особое внимание полному гашению генерации неактивного клока и возможности полного отключения обоих генераторов в слейв режиме.

Устройство совместимо с транспортами Bolero или Charleston от Energy Audio без каких-либо дополнительных переходных устройств.

Для использования всех  возможностей AK4493EQ / AK4490EQ, в частности для реализации поддержки DSD,  чип работает в soft mode под управлением микроконтроллера atmega48/88. 

Схема ЦАП AH-D6 на AK4493EQ

По сравнению с AH-D5 схема не претерпела больших изменений. Цифровые потребители, микроконтроллер и внешнее питание для гальваноразвязки, также имеют персональные стабилизаторы на LP2985/LP5907/ADP151.

А вот в питание цифровой части AK4490/AK4493 решено было поставить lm1117 т.к. они имеют меньшее выходное сопротивление. Кроме этого для питания тактовых генераторов решено было использовать интегральный стабилизатор LP5907 (замена ADP151), но при этом реализовать отключение питания неактивного клока с применением аналоговых ключей TS5A3166DBVR.

 Схема ЦАП AH-D6 на AK4493

Питание ОУ фильтра и аналоговой части AK4490EQ (VDDL/VDDR) выполнено также по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ. Во избежание возможной паразитной генерации стабилизаторов, на плате предусмотрены посадочные места под компенсацию NE5534 (емкость 47-68pF, обозначение «comp»). 

В процессе тестирования цапа были отслушаны самые различные ОУ в различных вариантах фильтра. Так более детальное изучение ADA4898-2 показало, что ОУ имеет достаточно высокие токовые шумы входного каскада, поэтому его использование более целесообразно в низкоомном варианте фильтра. В нем были также отслушаны и новые ОУ от «Техаса» — OPA1642, которые приятно удивили. ОУ оказались достаточно музыкальными, кроме этого еще и приятными по цене. Особенно, если учесть, что по цене 2 вечно зеленых можно найти их полный индустриальный аналог OPA2141. Так как ОУ имеют достаточно низкий ток покоя выходного каскада, решено было его опробовать в высокоомном варианте фильтра, где они и показали себя еще лучше. Скромные аппетиты чипа положительно сказались на тепловом балансе платы. Итого по совокупности качеств, этот вариант решено было сделать окончательным.

Схема выходного фильтра для AK4493 в ЦАП AH-D6

Сигналы каждого выхода ЦАП фильтруются индивидуальными ФНЧ бесселевского типа 2-го порядка после чего сигнал еще дополнительно фильтруется фильтром первого порядка в звене вычитателя.

В ФНЧ предлагается использовать высококачественные стерео ОУ: OPA1642 (полные аналоги OPA2141 и прицезионный OPA2140), OPA1652, AD823, LME49880 (последний имеет Thermal Pad, пропайка которого обязательна). В звено вычитателя дифференциальных сигналов предлагается установить высколинейные ОУ: ADA4627, OP42, OPA627, LT1468. Цепочка точной подстройки нуля на выходе вычитателя должна быть скорректирована согласно даташиту для выбранного ОУ.

Печатная плата ЦАП AH-D6

Цап AH-D6 выполнен на двусторонней печатной плате размером 100х69мм.

Печатная плата AH-D6Печатная плата ЦАП на ak4493

Распиновка разъёма I2S в AH-D6

Разъём i2s имеет распиновку Lynx Audio. Контакты 2, 4, 6, 8 — земля ЦАПа. Контакт 9 — питание гальванической развязки Bolero / Charleston +3,3 со стороны ЦАПа.

Контакты 1, 3, 5, 7 — сигналы шины i2s:

ФорматPin 1Pin 3Pin 5Pin 7
PCMBCK INSDATA INLRCK INMCLK IN/OUT
DSDDSD BCK INDSD LEFT INDSD RIGHT INMCLK IN/OUT

Контакт 10 — сигнал сброса ЦАПа при смене частоты дискретизации или PCM/DSD режима. Низкий логический уровень — нормальная работа, высокий логический уровень — сброс. Данный сигнал не является обязательным. Микроконтроллер сам отслеживает изменение режимов и подает необходимые сигналы сброса для AK4490, но для предотвращения щелчков при смене потока PCM->DSD или обрыве DSD потока необходимо, чтобы транспорт заранее подавал соответствующие сигналы. По умолчанию контакт 10 подтянут к уровню «1».

Разъем CONTROL

По умолчанию все сигнальные пины разъема CONTROL подтянуты к уровню «1».

Контакт 1 — сигнал включения нужного генератора мастерклока (на частоту х44.1кГц либо х48.0кГц). Если в конфигурации выбран ведомый режим (см. CONFIG)), то данный пин не используется. 

Контакт 3 — сигнал Connect. ЦАП активен, если уровень «0». При подаче «1» ЦАП переходит в режим Mute.

Контакт 7 — сигнал PCM/DSD. Уровень «0» определяет наличие DSD потока на выходе. Для PCM потока — уровень «1».

Контакты 5, 9 — На них выдаются уровни в зависимости от текущей частоты дискретизации:

Частота дискретизации Pin 5Pin 9
44.1кГц/48.0кГц/DSD6400
88.2кГц/96.0кГц/DSD12810
176.4кГц/192.0кГц/DSD25601
352.8кГц/384.0кГц/DSD51211

Значения контактов 5 и 9 игнорируется, если в CONFIG выбрана опция автоматического определения частоты дискретизации (см. CONFIG).

Замеры искажений AH-D6 mk3 на ak4493

По результатам измерений, заметного превосходства нового чипа над ak4490 выявлено не было. Ожидаемо удалось получить некоторое улучшение показателей S/N, а вот по искажениям чипы ведут себя примерно одинаково. При уровне в -6Дб наблюдается переход от мягкого спектра к жесткому, вылазят гармошки высших порядков.

В этом моменте AK4490 дает больше простора для экспериментов, т.к. согласно документации позволяет увеличить питание VDDR(L) до 7.2 вольт, что при грамотном подборе питания Vref (как в AH-D5) позволяет «немного отодвинуть этот переход». Поэтому под AK4490 решено было немного изменить номиналы схемы. А чтобы не создавать путаницы, версию ЦАП AH-D6 с ak4490 решено было назвать AH-D6 mk0, и вынести все материалы по нему в отдельную статью (скоро будет).

Спектры искажений ЦАП AH-D6 на ak4493  1кГц, -12Дб

Спектр выходного сигнала 1кГц, -12Дб (24bit. 96кГц) 

Замеры искажений ЦАПа на ak4493  1кГц, -3Дб

Спектр выходного сигнала 1кГц, -3Дб (24bit. 96кГц) 

Тем не менее стоит отметить, что параметры моего измерительного стенда, на базе АЦП CS5381, уже недостаточны для замеров новых чипов АКМ. В спектрах в большей степени выражены искажения самого АЦП, так как замеры генератора «Виктора» дают очень схожую картину. Работа по улучшению измерительного тракта ведется.

Субъективно, звучание с ak4493 по сравнению с ak4490 получилось немного более детальное.

На данный момент идет сборка и тестирование первой партии печатных плат активными посетителями нашего сайта. Уже 3 экземпляра было успешно собрано и проверено два из них на AK4490 и один на AK4493.

Часть 2. Модификация ЦАП AH-D6 mk0 на ak4490

 Для нетерпеливых Ссылка на заказ печатных плат в Китае на PCBWay.com.

Вложение: AH-D6-scheme.png 149,64 KB (Скачиваний: 28)

Вложение: AH-D6-scheme-output-stage.png 90,38 KB (Скачиваний: 19)

Приватное вложение: AH-D6-AK4493-beta-firmware.zip ()

Приватное вложение: AH-D6-components-list.zip ()

Похожие статьи

25 комментариев
За прошивку и гербер спасибо, но как же коллективная ловля блох на ПП? офф как вы bom экспортируете с диптрейса?
Как показала практика, единицы ловят блохи, а так больше все самому приходится проверять. Из диптрейса экспорт спецификации в xls, думаю, этого достаточно.
 я б половил, и под имеющиеся у меня в коробке компоненты оптимизировал. 
Весь проект публиковать не планирую. Пишите в личку свои пожелания. Возможно, их учту в будущих ревизиях, а может уже что-то похожее есть, далеко не все изделия публикуются. 

AK4490 в Беларуси не нашел, скажите в Китае брать можно такой https://ru.aliexpress.com/item/AK4490-AK4490EQ-AK4490EQ-L-AK4490EQ-32BIT-LQFP48-1/32844544729.html?spm=a2g0s.13010208.99999999.278.37ce3c00MYMax8

AK4490 на ali можно брать, чипы недорогие и уже давно выпускаются, сам на али заказывал последние чипы, ничем не хуже, чем с DIGI-KEY. А вот, например, AK4497 не берите. Продают много с отбраковки (ранние чипы значительно уступали по искажениям свежим партиям), надо смотреть на серийники. Вот оу брать вообще не рекомендую, фейки 90%, в лучшем случае распай.
Спасибо, выходные транзисторы и ОУ покупаю только https://www.ru-chipdip.by  (с Ali уже имею горький опыт, потому и спросил)

Я на али обычно корпуса себе беру, дисплеи, иногда разьемы, радиаторы и прочую подобную мелочь.

Но АКМ приходилось брать, у нас не всегда удается доставть, а с диги-кея только с пересылкой и тут не всегда хочется напрягать знакомых, да и почта со штатов, что-то плохо ходит в РФ последнее время.

На али с ОУ только горький опыт, LME49990 пытался купить даже задорого — всеравно перемаркировка,  OPA1632 — даже не дифамп, а моно ОУ, про opa827 даже впоминать не хочется — TL071. 

Чип-Дип более менее нормально, один раз только огорчили, но там по цене смотреть надо.

Тут вкусные предложения - https://www.terraelectronica.ru/product/583218  — OPA2141 (индустриальная версия OPA1642). Взял себе по рекомендации Василича. В версии AH-D6 c ak4490, OPA1642 будет рекомендуемый ОУ. На выходных буду выкладывать, материалы.

 

Андрей, подскажите пожалуйста, где вы кварцевые генераторы покупаете?
итого с доставкой во сколько обошлись? Golledge GXO-7551/A похуже будут?
Можно применить в фильтре конденсаторы 220pf вместо 270pf? И резисторы фильтра типоразмером 0603 можно использовать?

Типоразмер 0603  можно, желательно thin film. Если в фильтре конденсаторы 220pf, то тогда рекомендую в ФНЧ 5,36k -> 6.8k и 2,7k -> 3,3k это вполне рабочий вариант, с чуть менее оптимальной ФЧХ. А в вычитателе можно ставить 220pf  даже в текущем варианте, кому чуток яркости не хватает в тракте.

 

Может будет интересно: http://bmgplus.ru/xo.html
Отечественный производитель генераторов, причём очень качественных.
Ни разу не видел, чтобы кто нибудь их применял в своих конструкциях.
Значит плохо смотрели. :) Из всем известных, да тот же Lynx.

Может у него свой интерес какой то? Кроме него есть еще кто нибудь? GXO-7551 ставят все. Их купить проще, чем наши. Вчера, ради интереса, звонил в эту контору — ценник узнать. Знаете сколько стоит? И я не знаю — не дозвонился. Когда на наших заводах победят остатки бюрократии, тогда и можно будет покупить. А ждать несколько недель я смысла не вижу. Это ограничивается не только этими генераторами. 

P.S. все вышенаписанное лишь мое мнение, оно может не совпадать с мнением читателей.

Знаю сколько стоит, дабы покупал. Дешевле хороших импортных  на порядок, именно на порядок. Оставил онлайн заявку, ответили. Оплатил и через три дня забрал, точнее отправили.
P.S. Я тоже не настаиваю. Просто предложил. Вообще это офф для данной темы. 
при наших ценах я не считаю это офф. Можно циры узнать?
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.