USB ЦАП начального уровня.

Автор: eclipsevl
Опубликовано 22.12.2009

Сейчас основным источником звука является компьютер. Также, в большинстве своем, звук формируется встроенным в материнскую плату кодеком. Низкое качество и высокий уровень шумов - основные недостатки данных устройств. Не смотря на обилие различных звуковых карт, их специализация, скорее игры и фильмы, а не высококачественное звуковоспроизведение. Конечно, есть и исключения - студийные звуковые карты, цена которых может достигать заоблачных цифр.

Среди современных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) наиболее выгодным в плане цена/качество для начинающего является PCM2702 от Burr-brown. Именно ее многие предпочитают при построении первого ЦАП. Ее достоинства - относительно низкая цена готового устройства (не требуется применения ЦФ и прочей логики, I/u преобразователей и т.д.), простота в повторении и довольно хороший звук (лучший из линейки PCM270X). Недостатки - отсутствие I2S или S/PDIF выхода сигнала.

Наиболее частая проблема, с которой сталкиваются начинающие, да и не только, ЦАПостроители - зависание PCM2702 от различных электромагнитных помех, как то включение/выключение света в комнате/чайника/паяльника и пр. Методы решения данной проблемы:
1) Грамотно разведенная "земля"
2) Сетевой фильтр.
3) Экранирование USB гнезда.
4) Ферритовое кольцо на USB кабеле.
Причем пункты 1,3,4 являются наиболее эффективными. Вторая проблема - высокий уровень шума. С такой проблемой можно столкнуться, если не разделять аналоговою и цифровую земли и питать ЦАП от одного источника.

Исходя из этих принципов была разработана данная схема:

В данной статье я буду заглядывать в принцип декодирования сигнала, т.к. это хорошо описано в документации на микросхему. Аналоговый сигнал с выводов DA3 имеет постоянную составляющую, равную половине питания ее аналоговой части. Для того чтобы от нее избавиться нужно либо устанавливать разделительный конденсатор, либо формировать компенсирующее напряжение на неинвертирующем выводе ОУ. Оба варианта имеют свои достоинства и недостатки. Однако, я выбрал второй способ, т.к. предпочитаю избавиться от конденсаторов на пути прохождения сигнала. В качестве источника опорного напряжения (ИОН) выбран REF193(DA6) и резистивный делитель напряжения, служащий для точной установки "нуля" на выходе ЦАП.

Большое внимание уделено именно правильному питанию устройства. Для питания устройства применены две независимые обмотки трансформатора: одна для питания цифровой части PCM2702, вторая (с отводом от середины) для аналоговой части и ОУ. Для формирования каждого из питающих напряжений (3.3В, 5В, +15В, -15В) применены индивидуальные стабилизаторы напряжений LM317LM337. Множество пленочных и керамических конденсаторов, а также ферритовых бусин расположены около DA3, DA6, OP1 для минимизации шумов и увеличений устойчивости устройства к ЭМИ.

Устройство смонтировано на двусторонней печатной плате размерами 81х91мм. Как говорилось ранее, во многом от печатной платы зависит то, насколько стабильно будет вести себя устройство. С обеих сторон платы имеются земляные полигоны, разделяющие платы на две части: цифровую и аналоговую. Связаны эти полигоны через ферритовую бусину непосредственно у корпуса DA3, чтобы минимизировать разность потенциалов между цифровой и аналоговой землей. Также, непосредственно у выводов питания DA3 расположены шунтирующие конденсаторы (керамические и танталовые в цифровой, пленочные и электролитические в аналоговой части).

Вопросы, как обычно, складываем тут.