Электронные регуляторы громкости для ЦАП PGA2311, CS3318

Стоит отметить, что я увлекаюсь именно устройствами для автомобиля, в большей степени, чем домашние устройства, и материал написан с уклоном в эту сторону. Хотя в принципе, схемотехника домашних аудио устройств и автомобильных схожая, разница лишь в подходе к питанию, а в автомобильных аудио устройствах его всегда делают каким-то ущербным (понятное дело, для экономии производства и компактных размеров).

Исключение составляют топовые устройства, коих на рынке единицы. И те были выпущены 10-20 лет тому назад.

Закончим прелюдии, перейдем к теме.

В целом статья посвящена устройствам аналоговой регулировки громкости для ЦАП.

PGA2311 / PGA2310 / PGA2320 / 4311 / CS3318 / CS3308

1. фото микросхем PGA2311 и CS3318

В связи с отсутствием подобного материала в русскоязычном сегменте решил восполнить этот пробел. В процессе изучения материалов на форумах и теории по данным приборам, столкнулся с тем, что почему-то все «аудифилы» недолюбливают. Якобы звук они портят, да так, что слушать (жить) невозможно.

Думал я думал, ну как же так, неужели в Texas Instrumets сидят дураки и создают никчемные серийные приборы…

Собрал я макет, подключил к цапу, послушал… и удивился, ведь не все так печально и убого, как об этом говорят и пишут.

Управление было реализовано через МК Atmega328 с кодом на Arduino.

3.фото макета 2311

Стоит отметить, что PGA2310 стоит во топовой автомагнитоле CLARION DRZ-9255. В процессоре Alpine PXA-h800 используется CS3318, это, по сути, такая же PGA только на 8 каналов.

4. фото CS3318

В ранних (1996-2000) моделях процессоров Alpine Pxa H510, H600 стоят предшественники PGA2310 это Toshiba TC9412AF с менее высокими заявленными характеристиками в отличии более свежих приборов. Так же у TC9412AF отсутствуют встроенный операционный усилитель на выходе, что вроде как лучше для данного прибора, что встроенный ОУ не красит своей работой выходной аналоговый сигнал.

5. фото TC9412AF

5.фотоCS3318

А у современных PGA и CS есть встроенный усилитель, благодаря чему они могут повышать входной уровень не до нуля dB, а в плюсовое значение.

Однако, так как управление параметрами этих устройств осуществляется программными средствами (по цифровой шине SPI / i2C), то можно воспользоваться уловкой в управлении и поднимать значение уровня громкости только до нуля, не заходя в +, то есть избегать задействования ОУ.

Отличия между PGA2311 и PGA2310 незначительные, основное это напряжение питания аналоговой части, у PGA2310 это ± 15 В а у PGA2311 это ± 5 В.

Более свежая модель PGA2320 вроде как особо не отличается от 2311, просто была проведена ревизия, а в целом тот же прибор.

На форумах этот вопрос поднимали, но однозначного ответа и разницы никто не заметил.

Такие же отличия у CS3318 / CS3308 это напряжение питания CS3318 ± 8В и CS3308 ± 5В и вроде шумовая полка отличается. Особенностью CS3318 является ее нежность по части питания, сам не жег, но на заморских форумах пишут что цифровое питание нужно подавать одновременно с аналоговым, или сразу после него. В противном случае устройство может выйти из строя. Люди жгли.

Обе микросхемы управляются с помощью МК, основные каналы управления — это передача значения громкости (по SPI или i2C), пины RESET и MUTE. Отдельный пин MUTE на обоих чипах я не использовал, на PGA он включается с щелчком, может я неправильно что-то делал. Zcen пин я так и не понял его функциональное назначение.

Reset есть только у CS3318 / 08, его нужно дергать LOW – HIGH перед инициализацией.

Как и любое аналоговое устройство, электронные регуляторы громкости нуждаются в хорошем и качественном питании, особенно аналоговой части, от этого и зависит то, как оно будет работать (звучать).

Я изначально подходил к вопросу питания PGA согласно популярным схемам и даташиту, не использовались обычные стабы 7805 / 7905.

скрин из ДШ схема включения PGA

Отметим, что ДШ рекомендует разделить аналоговую и цифровую земли на плате:

скрин из ДШ разделение земель

Что и сделано на моей тестовой плате.

Взял более интересные современные LDO Low Noise регулируемые стабилизаторы TPS7A4901 / TPS7A3001.

схемаLDO Low Noise стабилизаторов TPS7A4901 / TPS7A3001

фото платы2-х полярного питания аналоговой части на основе LDO TPS7AXXXX

Хотя, ранее проверял на более простом варианте, 2-х полярный параметрический фильтр стабилизатора на банальной комплементарной паре BD139/BD140, хотя есть транзисторы для этих задач и по лучше.

схема параметрического 2-х полярного стабилизатора на BD139 / BD140

Даже с таким питанием аналоговой части PGA звук был нормальным, но вариант TPS7A4901 / TPS7A3001 компактнее, и вроде как шумы заявлены ниже.

схема подключения PGA2311

схема подключения CS3318

В целом, данные приборы имеют право на жизнь в хороших и более-менее хороших готовых аудио устройствах, в нашем случае 2 и многоканальных цапах.

Макеты печатных плат для PGA2311 и CS3318 (KiCad)

В отличие от цифрового способа регулировки уровнем громкости, где страдает BitPerfect и падает разрядность, звук теряет «пространсвенность», масштаб и разрешение, при использовании PGA2311 все становится намного лучше, правильнее сказать, передается с меньшими потерями, что сохранено в музыкальном материале прослушиваемой записи.

После готовых промышленных решений хотелось попробовать и сравнить с всеми любимым релейным регулятором громкости Александра Никитина. Об этом можно прочитать в соседней статье.

Выводы

В целом, проведенные тесты электронных потенциометров меня порадовали, я смог немного их освоить и послушать в деле.

Другой вопрос, насколько они применимы в той или иной конструкции это вопрос индивидуальный, в моем случае, они значительно превосходят по качеству звучания цифровую регулировку громкости. И когда нужно реализовать именно дистанционное управление, когда сам модуль регулировки 2-мя и более каналами должен располагаться в непосредственной близости к ЦАП, но особо то вариантов нет.

Дополнения и примечания касаемо опубликованных материалов по устройствам.

К видеоматериалу с рассказа об электронных потенциометрах (регуляторах громкости для ЦАП) текстовая статья с приложениями и исходниками проектов.

К исходным кодам ардуино могут понадобиться библиотеки Гайвера или какие-то еще, их можно найти в интернете.

Так как иногда некоторые люди выкладывают свои старые наработки для ардуины с неизвестно откуда взятыми древними библиотеками, приложил архив всей папки библиотек ардуины, которые использовались при тестах кода.

Может упростит жизнь, при отладке моего демо-кода для управления громкостью данных приборов.

Конечно же, ардуино используется лишь для тестов, и понимания работы этих микросхем.

А далее уже управление можно перенести кому — куда удобнее.

Я, например перенес его в линукс питон.

К исходникам проектов Kicad всех обозреваемых приборов и их схем реализации так же может не хватать библиотек и компонентов. Их можно найти и скачать на сайте www.ultralibrarian.com/ но через VPN, так как этот сайт повернулся задним местом к Российским пользователям по понятным политическим причинам.

В дополнение к материалу видеоролик по теме электронных регуляторов громкости.

Надеюсь, материал пригодится любителям и экспериментаторам в аудио сфере. Будут вопросы, по мере возможности буду отвечать на них.