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.

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. 

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:

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.

Спектр сигнала 1кГц, 0Дб

Спектр сигнала 1кГц, -10Дб

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.