audiohobby.ru audiohobby.ru

Простой ЦАП AH-D1 на ak4399

Хочу представить Вашему вниманию простой ЦАП AH-D1 на ak4399, сборка которого должна быть под силу даже начинающим радиолюбителям. При своей простоте ЦАП позволяет получить весьма приличный по качеству уровень звука.

Простой ЦАП AH-D1 на AK4399

По сути это возвращение к жизни проекта на ak4399 семи летней давности, но уже на промышленных платах. Переслушивая старые архивные конструкции лежащие в коробке на разбор, был приятно удивлен ветераном ak4399, что побудило вернуть его в строй. 

При разработке новой платы ставилась задача сделать устройство максимально лаконичным и интерфейсно совместимым с AH-D6.  AK4399 решено было использовать в пиновом режиме управления. Так что никаких микроконтроллеров в устройстве нет, что должно снизить порог вхождения для новичков. Если учесть, что DSD поддерживается AK4399 с внутренним преобразованием в PCM, то смысла использовать микроконтроллерное управления на мой взгляд, действительно, нет. В самой схеме были учтены некоторые моменты и внесены улучшения, которыми не располагает даже D6.

1) В аналоговом фильтре было добавлено звено первичной пассивной фильтрации, что облегчило жизнь входным каскадам используемых ОУ.

2) В фильтре теперь используются резисторы типоразмера 1206 (впрочем запаять 0805 в имеющиеся посадочные места никто не запрещает), так в топовых сборках можно рассмотреть применении melf-резисторов 0204 метрики, которые как раз соответствуют типоразмеру 1206. Кроме этого, замечу, даже обычные толстопленочные резисторы типоразмера 1206 шумят меньше, чем их мелкие 0805 собратья.

3) Добавлены дополнительные цепи коррекции ОУ в стабилизаторах ИОН-ФШ-ОУ, что позволило с большинством применяемых ОУ избежать паразитной генерации и звона при отказе от отвязывающих резистор между выходом стабилизатора и большой емкостью.

Схема AH-D1

Схема AH-D1 получилась значительно проще, чем D6. Тем не менее при проектировании ставилась задача распорядиться всеми линиями питания максимально эффективно. Питание VREFHL® ak4399 выполнено от отдельной линии стабилизатора, а питание VDDL® от другой. Хоть линии питания объединены по каналам, но это на слух это получилось меньшее зло, чем объединение линий VREFHL / VDDL и VREFHR / VDDR, но при  поканальном разделении.

Схема питания цифровой части ЦАП

Для питания тактовых генераторов используется низкошумящий стабилизатор LP5907-3.3. 

Для питания цифровой части AK4399 предлагается рассмотреть 2 варианта:

1) По умолчанию предлагается использовать 5-вольтовый стабилизатор LM1117-5, предусмотренный на плате. В этому случае при использовании модуля питания AH-PW5 (или PW6-mini) потребуется заменить интегральный стабилизатор LM7805, стоящий по этой линии на LM7809.

2) Если же хочется обеспечить полную совместимость c AH-D6 по питающим напряжениям, то в этом случае вместо LM1117-5 предлагается установить бусину-перемычку. При этом никаких изменений в модуле питания AH-PW5 производить не следует.

Схема аналогового фильтра

Схема аналогового фильтра не получила никаких упрощений, даже напротив,было добавлено звено первичной пассивной фильтрации, что облегает жизнь входным каскадам используемых ОУ. Кроме этого в фильтре теперь используются резисторы типоразмера 1206.

При расчетах ставилась задача рассчитать фильтр, приближенный к бесселевскому типу, с максимально стандартными и доступными номиналами. 

Схема аналогового фильтра ЦАП AH-D1

Также предлагается еще и вторая вариация фильтра с номиналами:

ФНЧ 6,8k->4,7k / 2k->1k, емкости 1n->1,5n / 330p->470p, в звене разностной обработки можно также применить комбинацию 2k и 470p.

В ФНЧ звене рекомендуется применение ОУ: OPA1656, OPA2156, с ухудшением: OPA1642, OPA2141, OPA2140, AD823. В звене разностной обработки: OPA828, с ухудшением AD8065, ADA4627, OPA627, OPA827, OPA1641, OPA1611, LT1122, OP42.

Разъём I2S

Интерфейсно ЦАП полностью совместим с AH-D6

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

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 mute. Низкий логический уровень — нормальная работа, высокий логический уровень — mute, заглушение ЦАП. 

Разъем CONTROL

Как можно наблюдать на плате разъем CONTROL получился значительно меньше. Так как поддержки DSD у данного ЦАП-а нет,  многие пины оказались попросту не нужны. При этом разъем расположен так, чтобы оставшиеся контакты полностью соответствовали используемым интерфейсным модулям.

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). 

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

Если планируется использовать AH-D1 в ведомом режиме (с внешним тактовым сигналом), то предлагается просто не распаивать тактовые генераторы на плате ЦАП. 

Замеры искажений

Замеры искажений производились на новый АЦП. Полная шкала 0dBV сигнала соответствует стандартному уровню напряжения 2Vrms.  В виду относительной «бюджетности» конструкции в ЦАП-е мной была использована связка OPA2141 + OPA1641.

Замеры искажений ЦАП AH-D1

Спектр сигнала 1кГц, 0Дб

 

Замеры искажений ЦАП AH-D1

Спектр сигнала 1кГц, -10Дб

 

Замеры искажений ЦАП AH-D1 по уровню -15Дб

Спектр сигнала 1кГц, -15Дб

Дальнейшие пути снижения искажений, эксперименты с VREFHL®

Для снижения искажений на максимальном уровне выходного сигнала было принято решение поэкспериментировать с питанием цепей опорного напряжения AK4399, т.е. подобрать оптимальную разницу напряжений VREFHL® и VDDL(R). На испытуемом экземпляре было достигнуто максимальное снижение искажения при напряжении VREFHL® порядка 2.8В, при штатном VDDL(R) = 5В. Снижение выходного уровня сигнала было компенсировано за счет КУ аналогового фильтра. 

Для этого были изменены номиналы: в аналоговом фильтре — R34 / R42 / R63 / R71 = 2кОм, номиналы делителя ООС стабилизатора — R17 = 1кОм, R20 = 100 Ом. Также я заменил ОУ звена разностной обработки на OPA627. Хоть ОУ и приобретались в Китае (брал давно, еще под эксперименты с ASUS XONAR ST), но скорее всего действительно оригинальные, так как оказались в лидирующей группе по замерам искажений для частот 15кГц и 19кГц, и не имели как было замечено ранее никаких различий в звучании с оригиналами чипами с farnell-а. 

Искажения одного из каналов достигли рекордных 0.000066%, а во втором канале составили 0.000368%, в основном за счет высокой второй гармоники, что совершенно не критично. Шумовая полка несколько поднялась, но этот параметр считаю вторичным. Так как не использую цифровую регулировку громкости, то изменения оказались хорошо слышны, итоговое звучание стало более комфортным и приятным, а это самое главное.

 

Примечание

Так как данный ЦАП не поддерживает DSD, то рекомендую настроить в используемом софтовом плеере конвертацию DSD->PCM, так как иначе ничего кроме треска Вы на выходе не услышите при воспроизведении соответствующего DSD контента.

 

Часть 1. Компактный модуль питания AH-PW6-mini (без линии питания транспорта)

Часть 2. Полный модуль питания AH-PW5 (есть доп. линия для питания транспорта)

Часть 3. Интерфейсный модуль — плата адаптера для USB модуля Amanero (если планируется подключение по USB)

Часть 4. Простой интерфейсный модуль Spdif to I2S на AK4113 (если планируется подключение по SPDIF, клоки на плате цап не распаиваем)

 

Ссылка для заказа печатных плат в Китае

Также для зарегистрированных пользователей доступен для скачивания архив gerber-файлов для самостоятельного заказа плат.

Вложение:
ah-d1-scheme.png 54 Кбскачан 142 раза
Вложение:
ah-d1-output-stage.png 65 Кбскачан 126 раз
Вложение:
ah-d1-dg-power.png 14 Кбскачан 108 раз
+26
0
zaycev zaycev 3 года назад #

Красиво меряется -10Дб и -15Дб, с какого уровня искажения начинают падать? По уровню 0Дб что-то слишком длинный спектр получился. Не пробовали питание VDD делать чуть больше опорного?

+1
admin admin 3 года назад #

1) Уже с -1Дб спектр становится чище, просто хотел показать спектр по уровню 0Дб, как он есть, здесь искажения именно самого ЦАП в спектре, делитель на выходе картинку почти не меняет, АЦП тут ничего не ограничивает.  Уже при -5Дб в спектре остаются только 2 и 3 гармоники, со значительным  преобладанием 3-й.

Картинка по мне нормальная, шумовая полка -150Дб для начала.

«Не пробовали питание VDD делать чуть больше опорного?»

2) — На старых платах пробовал, на этой не заморачивался, снижением VREFH можно добиться чуть более раннего перехода на 1-2Дб к п1.

0
admin admin 3 года назад #

«Не пробовали питание VDD делать чуть больше опорного»

Уменьшил, питание референса, R20 запаял 440ом у себя, спектр более короткий, но 2 и  особенно 3 выперли вверх, цифры на замерах стали маленько хуже, звук наоборот чутка интереснее. А так сколько не крутил, особого откровения не заметил, чип еще собака не самый удачный, попадались и лучше 4399.

+1
admin admin 3 года назад #

Завершил свои эксперименты с поиском оптимального питания референса ak4399, выложил в статье абзац «Дальнейшие пути снижения искажений, эксперименты с VREFHL/R». Выносить изменения в основную схему не стал, хотя результат порадовал. Нужно больше статистики, по одному чипу судить рановато. Итоговое звучание получилось на удивление хорошее, особенно, с учетом бюджета конструкции.

+1
bgv731 bgv731 3 года назад #

Замечательно!

А гербер платки будет?

+1
admin admin 3 года назад #

Скоро будут, до конца дотестирую и выложу ссылки для заказа плат.

0
rucrim rucrim 3 года назад #

Скромный бюджет и с хорошим звуком на выходе.

0
e_niknik e_niknik 3 года назад #

«Скромность» бюджета ИМХО относительна, учитывая доступность и текущую стоимость AK4399 в сравнении с AK4490 у официальных поставщиков.

0
rucrim rucrim 3 года назад #

 AK4490 цап ИМХО пропустил я сборку его. А у людей должны еще запасы AK4399 остаться, да и барыги долго не продержат свои цены до небес.

+1
admin admin 3 года назад #

Дополнил статью. Выложил ссылку на заказ печатных плат в Китае.

+2
volos volos 2 года назад #

Собрал данный вариант ЦАПа, связка ОУ  AD823+OPA1641, питание 12в.  USB преобразователь Bolero v.3

Вот картинки снятых спектров.

0
admin admin 1 год назад #

Выложил gerber-файлы для самостоятельного заказа плат.

+7
Pushok62 Pushok62 3 месяца назад #

Сегодня запустил свой экземпляр этого ЦАП, просто ради интереса, чип очень давно лежал без дела, будет теперь запасной, который я собрал на толстой картонке:

Спасибо Андрею за предоставленные платы ЦАП V1.0 и модуля питания AH-PW5 V3.0, а также за саму конструкцию этого несложного ЦАПа!

Пока удалось послушать только на наушники, в тестовых целях, с платой Amanero и модулем гальваноразвязки V1.0 (такой раритет лежал без дела) с китайским изолятором ADUM1401C. Звук на удивление оказался очень хороший, детальный, мягкий и сбалансированный!

В цепях, связанных с аудио, я старался не использовать керамику (кроме C46,C50 с диэлектриком NP0), заменив её на плёнку PPS, пусть и меньшего номинала, а также применял аудио электролиты (Nichicon FG, Nichicon FW, Elna Silmic II):

  • C1,C3 — Nichicon FG и Nichicon FW;
  • C2,C6,C10,C23,C45,C52 — плёнка PPS 1206 0,047 мкФ (ECHU1C473JX5);
  • C14,C18,C32,C37,C61,C64 - Elna Silmic II 220 мкФ;
  • C12,C19,C35,C44,C48,C49,C51,C58 - Nichicon FG;
  • вместо C33,C36,C59,C65 запаял снизу C34,C38,C60,C63 PPS 1913 0,047 мкФ (ECHU1H473JX9);
  • C46,C50 — керамика NP0 0805 0,033 мкФ;
  • C8,C24 — Elna Silmic II;
  • C15,C17 — плёнка PPS 1 мкФ;
  • C30,C40,C57,C68 — плёнка PPS 4n7 2% (ECHU1C472GX5);
  • все резисторы в аналоговых фильтрах — обычные 1206 1%, плёнка — WIMA FKP2;
  • U8,U13 — OPA1656;
  • U6,U12 — OPA878;
  • Y1, Y2 — генераторы МЭМС 5x7 мм.

Всё остальное — в соответствии с BOM. 

Два силовых трансформатора (на железе 12 ватт, высотой получились всего 2 см) мне намотали недорого, очень быстро и качественно через Авито.

+1
rucrim rucrim 3 месяца назад #

Хорошими деталями все с душой собрано.

0
VKhrychikov VKhrychikov 3 месяца назад #

А можете порекомендовать специалистов на Авито чтобы заказать подобные трансформаторы? И во сколько обошлись ваши, если не секрет? 

+1
Pushok62 Pushok62 3 месяца назад #

Заказываю у этого товарища (Александр) уже второй раз. Нужно позвонить, обговорить параметры намотки, он сообщит стоимость и даст номер своего телефона с мессенджером, привязанного к карте. После оплаты обговоренной суммы сообщите ему свой адрес. Я заказывал у него уже два раза, результатом доволен.

Стоимость каждого такого трансика получилась 900 рублей, плюс крепёж 50 рублей, итого 1900 за два транса, ну и плюс стоимость доставки через CDEK.

Из ограничений по силовым трансам — расчет только для стандартной индукции 1,5 Тл. 

Мотает также выходные трансы на тороидальных сердечниках, делает на них разрез.

P.S. Бирки на выводы обмоток я делал сам.

0
rucrim rucrim 3 месяца назад #

Посмотрел здесь будет предпочтительней торы заказать, изоляция везде качественней лакотканью выполнена технология по военному и для приборов. 

0
Pushok62 Pushok62 3 месяца назад #

Там кроме лакоткани какая-то под ней интересная чёрная плотная блестящая изоляция.

bavtec bavtec 3 месяца назад #
Комментарий удален